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Dieses Kapitel behandelt den weiblichen Zyklus (Ovarial- und Menstruationszyklus über hormonelle Regelkreise koordiniert) sowie den Befruchtungsvorgang (Spermienwanderung, Kapazitation, Akrosomreaktion und Fusion).
Der weibliche Zyklus umfasst den Ovarialzyklus (Reifung der Eizelle im Eierstock) und den Menstruationszyklus (Veränderungen der Gebärmutterschleimhaut), die parallel ablaufen und durch Hormone koordiniert werden. Sein Ziel ist die Bereitstellung einer einzelnen befruchtungsfähigen Eizelle sowie die Vorbereitung des Uterus auf die Einnistung. Der erste Tag der Menstruationsblutung markiert den Zyklusanfang (Tag 1); die Dauer beträgt durchschnittlich 28 Tage. Die erste Regelblutung in der Pubertät heißt Menarche, das Ende um das 50. Lebensjahr Menopause.
Der Menstruationszyklus gliedert sich in drei Phasen: Die Menstruationsphase (Tag 1–5/7) ist durch die Abstoßung der oberen Endometriumschicht (Stratum functionale) gekennzeichnet. In der anschließenden Proliferationsphase regeneriert und verdickt sich das Endometrium unter Östrogeneinfluss (bis etwa Tag 14). Die Sekretionsphase (Tag 14–28) ist durch verstärkte Durchblutung und Drüsenentwicklung des Endometriums charakterisiert; diese Drüsen sezernieren ein glykogenreiches Sekret und schaffen optimale Bedingungen für eine mögliche Einnistung (Nidation). Bleibt die Befruchtung aus, kontrahieren die Spiralarterien der Uteruswand, das Endometrium wird unterversorgt und mit der nächsten Menstruation abgestoßen. Im Falle einer Befruchtung unterbleibt der Abbau; die Einnistung erfolgt um den 22. Tag.
Der Ovarialzyklus beginnt ebenfalls mit Tag 1 und wird in Follikelphase und Lutealphase unterteilt. Die Follikelentwicklung startet bereits etwa 6 Monate vor der Ovulation hormonunabhängig von Primordial- über Primär- und Sekundär- bis zum Tertiärfollikel. Erst ab diesem Stadium werden FSH-Rezeptoren exprimiert und die weitere Reifung wird hormonabhängig. In der Follikelphase (Tag 1–14) stimuliert das aus der Hypophyse freigesetzte Follikelstimulierende Hormon (FSH) das Wachstum mehrerer Tertiärfollikel, von denen einer zum dominanten Graaf-Follikel heranreift. Dieser produziert steigende Mengen an Östrogenen (v. a. Östradiol) sowie Inhibin, das die FSH-Sekretion hemmt. Die übrigen Follikel degenerieren (Follikelatresie). Der Zervixkanal ist während dieser Zeit durch einen zähen Schleimpfropf verschlossen.
Um den 12.–13. Zyklustag erreicht der Östradiolspiegel einen kritischen Schwellenwert und bewirkt über eine positive Rückkopplung auf Hypothalamus und Hypophyse einen massiven Anstieg von LH (luteinisierendes Hormon). Der Graaf-Follikel hat inzwischen unter FSH-Einfluss LH-Rezeptoren ausgebildet. Etwa 24 Stunden nach dem LH-Peak kommt es zur Ovulation (Eisprung): Der Follikel platzt, die Eizelle wird freigesetzt und vom Eileiter aufgenommen. Die Körperkerntemperatur steigt unmittelbar nach der Ovulation um circa 0,5 °C und normalisiert sich bis Zyklusende. Der Zervixschleim wird dünnflüssiger und der Muttermund leicht geöffnet, was das Eindringen von Spermien ermöglicht.
In der Lutealphase (Tag 14–28) wandelt sich der Restfollikel unter LH-Einfluss in den Gelbkörper (Corpus luteum) um. Dieser produziert hohe Mengen Progesteron und weiterhin Östradiol. Progesteron bereitet das Endometrium auf die Implantation vor – die Schleimhaut wird hoch aufgebaut und sekretorisch aktiv. Kommt es zu einer Befruchtung, sezerniert der frühe Embryo (Syncytiotrophoblast) ab dem 8.–10. Tag nach der Ovulation humanes Choriongonadotropin (hCG), das den Gelbkörper erhält, sodass die Progesteronproduktion aufrechterhalten und die Menstruation verhindert wird. Bleibt die Befruchtung aus, geht der Gelbkörper nach etwa 10–12 Tagen zugrunde, da LH nachlässt. Der resultierende Abfall von Progesteron und Östradiol führt zur Kontraktion der endometrialen Gefäße, Minderdurchblutung und schließlich zur Abstoßung der Schleimhaut (Menstruation). Gleichzeitig entfällt die hormonelle Hemmung von FSH und LH, wodurch ein neuer Zyklus eingeleitet wird.
Die hormonelle Steuerung folgt einem fein abgestimmten Regelkreis: Der Hypothalamus schüttet pulsatil Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) aus, das die Hypophyse zur Freisetzung von FSH und LH anregt. In der frühen Follikelphase wirken niedrige Östrogenspiegel hemmend auf die Gonadotropinausschüttung (negative Rückkopplung). Der steile Östrogenanstieg vor der Ovulation kippt diesen Effekt in eine positive Rückkopplung und löst den LH-Peak aus. In der Lutealphase hemmen hohe Konzentrationen von Progesteron und Östradiol gemeinsam die GnRH-Ausschüttung (negative Rückkopplung). Inhibin aus dem Follikel verstärkt in der Follikelphase die selektive Unterdrückung von FSH. So wird sichergestellt, dass nur ein Follikel dominant wird und eine erneute Ovulation im selben Zyklus verhindert wird.
Die Befruchtung beginnt mit dem Weg der Spermien: Nach der Ejakulation in die Vagina erlangen die Spermien dort die Fähigkeit zur eigenständigen Fortbewegung mittels ihrer Geißeln. Sie müssen die Vagina durchqueren, den Gebärmutterhals passieren, durch den Uterus wandern und denjenigen Eileiter finden, der die Eizelle enthält. Auf diesem Weg durch den weiblichen Genitaltrakt durchlaufen die Spermien einen Reifungsprozess, die Kapazitation. Diese biochemischen Veränderungen, die sowohl an den Spermien als auch am Ejakulat stattfinden, können bis zu 12 Stunden dauern und verleihen den Spermien erst die Fähigkeit, in die Eizelle einzudringen. Da der genaue Zeitpunkt des Zusammentreffens unvorhersehbar ist, befinden sich stets heterogene Gruppen von Spermien in unterschiedlichen Stadien der Kapazitation.
Die Wanderung der Spermien wird unter anderem durch das Hormon Progesteron beeinflusst, das in den Spermien einen Calciumanstieg hervorruft und das Schlagmuster des Spermienschwanzes verändert; die genauen Mechanismen sind noch nicht vollständig geklärt. Spermien können im weiblichen Körper bis zu vier Tage überleben. Gelangt ein Spermium in die Nähe der Eizelle, muss es zunächst die umgebenden Strukturen durchdringen: Die Eizelle ist von einer lockeren Schicht aus Follikelepithelzellen (Corona radiata) und der Zona pellucida, einer dichten Glykoprotein-Matrix, umgeben. Nur Spermien, die die Kapazitation abgeschlossen haben, sind zur Akrosomreaktion fähig. Dabei kommt es zuerst zu einer primären Bindung zwischen Proteinen des Akrosoms und der Zona pellucida. Dieser Kontakt löst die Verschmelzung der äußeren Akrosomenmembran mit der Spermienmembran aus, wodurch hydrolysierende Enzyme aus dem Akrosom freigesetzt werden. Diese Enzyme lysieren die Zona pellucida an der Kontaktstelle und ermöglichen es dem Spermium, in den perivitellinen Raum zwischen Zona pellucida und Eizellmembran vorzudringen.
Die eigentliche Befruchtung (Fusion) findet etwa 12–24 Stunden nach der Ovulation statt. Spermium und Eizelle verschmelzen miteinander, wobei das Spermium in die deutlich größere Eizelle aufgenommen wird; der Schwanz bleibt dabei außerhalb. Die Mitochondrien des Spermiums werden zwar mit aufgenommen, jedoch durch Enzyme abgebaut, was die rein maternale Vererbung der Mitochondrien zur Folge hat. Um die Befruchtung durch mehrere Spermien (Polyspermie) zu verhindern, kommt es unmittelbar zur kurzzeitigen Depolarisation der Eizellmembran (schneller Block). Längerfristig schützt sich die Eizelle durch eine Veränderung der Zona pellucida, die von Enzymen aus den kortikalen Granula ausgelöst wird (langsamer Block). Das Eindringen des Spermiums bewirkt zudem, dass die Eizelle die bis dahin in der Metaphase II arretierte Meiose beendet. Sie schnürt das zweite Polkörperchen ab und besitzt nun nur noch den haploiden Ein-Chromatid-Chromosomensatz. Die befruchtete Eizelle (Zygote) beginnt ihre Wanderung in Richtung Uterus; die Nidation (Einnistung) in die Gebärmutterschleimhaut erfolgt in der Regel 4–5 Tage nach der Befruchtung.
