배란의 생리학

배란은 15분 정도에 걸쳐  일어나고 쌍둥이를 임신할 때처럼 한 개 이상의 난자가 배출되는 경우에도 이러한 다중 배란은 시간적으로 매우 근접해서 일어납니다. 그러므로 배란은 월경주기에서 매우 정확한 시간 계획하에 일어나는 한 사건인 셈입니다. 배란과정은 두개의 난소 호르몬을 생성하는데 그것은 에스트라디올과 프로게스테론입니다. 난자는 난포 속에 숨어있는데 난포가 급속 성장기를 거치는 과정에서 발달하게 됩니다. 급속 성장기동안 난포는 에스트라디올을 점차 많이  만들어냅니다. 에스트라디올은 자궁경부의 샘을 자극하여 특정한 형태의 점액 (‘가임성의 점액’)을 분비하는데 이것은 정자가 자궁경부를 통과하여 난자에 도달하는데 필수적입니다. 에스트라디올은 또한 자궁 내면을 형성하고 있는 자궁내막의 성장을 자극합니다(‘증식기’).

난포가 파열되어 난자가 배출된 후에는 파열된 난포로부터 형성되는 황체에 의해 프로게스테론과 에스트라디올이 분비됩니다. 프로게스테론 분비의 급속한 증가는 자궁경부와 질의 상피에 대한 에스트로겐 효과를 상쇄시켜, 배란 근처에서 발생하여 정점일(peak day : 프로게스테론 변화에 선행하는 것으로 가임성 점액기의 마지막 날)을 규정짓는 프로게스테론 변화(PC)를 유발합니다. 또한 프로게스테론은 에스트로겐에 이미 노출된 자궁내막에도 작용하여 자궁내막을 수정란의 착상에 적절하도록 만들어 줍니다(‘분비기’). 임신이 안된 경우 에스트라디올과 프로게스테론 분비는 배란이후 약 7일정도에 최대치에 도달하고 이후 점점 감소하게 됩니다. 이것은 배란 이후11-16일에 자궁내막의 분리를 유도하여 월경혈로 나타나게 됩니다.

난소 활동의 주기적인 변화는 뇌하수체에 의한 두 가지 호르몬(난포자극호르몬 follicle-stimulating hormone FSH, 황체형성호르몬 luteinizing hormone LH)의 분비에 의해 조절됩니다. 이들 호르몬의 생산은 다시 뇌의 시상하부라는 곳에 의해 조절됩니다. 시상하부는 마치 컴퓨터처럼 작동하는데 어둡고 밝음과  같은 환경적 요소나 개인의 정서적 변화에 의해 유발된 다른 뇌 영역의 신경신호를 분석하는 것입니다. 그것은 또한 난소와 다른 내분비 샘에 의해 생산되어 혈류를 통해 전달되어온 호르몬 신호(에스트라디올과 프로게스테론)를 분석하기도 합니다. 이런 효과들의 총합이 난소 활동의 질을 결정하는 것입니다.

그림 1. 여성 생식주기의 호르몬 변화와 그림 기록과의 관계. 평균적 길이의 주기에서 배란 이전의 비가임기에 여성은 건조함 (초록색)과 무변동성 분비(노란색)를 관찰하게 될 것입니다.  연장된 길이의 주기에서는 이 두 가지 패턴이 서로 다른 시기에 올 수 있습니다. 여기에서 ER은 에스트로겐의 양이 많아질 때를 의미하고, PC는 프로게스테론의 변화를, X (그림 안에)는 정점을 의미합니다.

난소주기는 잘 정돈된 일련의 사건들을 통해 진행됩니다. 먼저 번 주기의 후반부 시기에는 시상하부에 작용하는 고농도의 에스트라디올이나 프로게스테론에 의해 뇌하수체에서의 난포자극호르몬과 황체형성호르몬의 생산이 억제됩니다. 난소주기의 종점근처에서는 황체로부터의 에스트라디올과 프로게스테론 생산이 감소됨으로 인해 이러한 억제 기전이 제거되어 난포자극호르몬은 다시 증가하게 됩니다. 난소내의 난포는 특정 농도 이하의 난포자극호르몬으로는 아무런 자극이 되지 않습니다(이 농도를 역치라고 함). 초기에는 난포에 도달하는 난포자극호르몬의 양은 이 역치 이하의 상태로 억제되어 있지만 억제가 풀리면서 난포자극호르몬은 증가하고 가장 혈액공급이 좋은 난포를 포함한 가장 예민한 난포들 중 몇은 역치에 이르게 됩니다. 아직 역치에 도달하지 못한 나머지 난포들이 휴지기에 머무는 동안 이런  난포들은 급속 성장기를 시작하게 됩니다. 이것이 바로 태어날 때 저장된 난포들을 생식기간 동안 계속 사용할 수 있게 하기 위하여 난포를 저장하는 필수적인 기전입니다. 이것은 난소 주기의 모집기(배란으로 진행할 난포를 선별 혹은 모집하는 시기)에 해당합니다. 일단 난포가 급속 성장기를 시작하면 두 가지 결과만 가능합니다. 최종 목적지 즉, 배란과 새로운 개체의 잠재적 탄생으로 진행하거나 배란을 향한 경주에서 탈락하여 점차 소멸해가는 것입니다. 결코 원래 난포의 집합소로 다시 돌아갈 수는 없습니다.

난포자극호르몬(FSH) 역치에 도달한 사실을 시상하부/뇌하수체에 알리기에 충분한 양의 에스트라디올을 성장 중인 난포가 생산하는 데는 수일간의 성장이 필요합니다. 또한 중간수치라는 것이 있는데 난포자극호르몬농도가 이것을 넘어서야만 완전한 배란반응을 보일 수 있습니다. 그리고 최대치라는 것이 있는데 이 농도를 초과하게 되면 너무 많은 난포가 자극받아 다중배란(여러 난포가 동시에 배란하는 것)을 일으키게 되므로 난포자극호르몬 농도는 최대치 이하로 유지되어야 합니다. 최대치는 역치에서 불과 20-30% 높은 값이므로 난포자극호르몬은 서서히 증가되어야 하며 난포에서 생산된 에스트로겐의 되먹임 기전에 의한 난포자극호르몬 생산의 정확한 조절이 필수적인 것입니다.

배란할 난포의 선택은 다음의 과정에 의해 이루어집니다. 난포가 발달함에 따라 난포내 과립층세포 (granulosa cell)의 비율이 증가하고 난포는 급속도로 증가하는 양의 에스트라디올을 생산함과 동시에 급속한 성장을 유지하는데 요구되는 난포자극호르몬 농도 즉,  난포자극호르몬 역치가 감소하게 됩니다. 그리하여 가장 발달한 난포는 빠르게 유리한 입장에 서게 되는데 먼저 자신이 에스트라디올의 주된 생산자가 되고 이것은 뇌하수체에서의 난포자극호르몬 생산을 감소시키게 됩니다. 감소된 난포자극호르몬은 자신의 급속 성장을 유지하는 데는 충분하지만 좀 덜 발달된 다른 경쟁자들의 역치보다는 낮은 수준입니다. 따라서 경쟁자들은 성장을 멈추고 소멸해갑니다. 배란 경쟁에서 두개 이상의 난포들이 정확히 동등하게 겨룰 경우에만 다중배란이 일어납니다. 증가된 에스트라디올  생산에 의한 난포자극호르몬 수치의 저하는 우세 난포(dominant follicle)에서 새로운 성숙과정을 초래합니다. 다른 경쟁자들이 아직 이 단계에 도달하지 못한 상태에서 두번째 성선자극호르몬인 황체형성호르몬(LH)에 민감하게 만들어 주는 것이 그것입니다.

높은 에스트라디올 양은 뇌하수체에서 양성 되먹이기 기전을 활성화시켜  대규모의  황체형성호르몬(LH)을 분비하도록 합니다.이러한 LH 파고는 배란과정을 시작하는 방아쇠에 해당합니다. 난포의 파열(배란)은 LH 파고가 시작한지 약 36시간, 혹은 정정(peak) 후 약 17시간째에 나타납니다. 난소에 의한 에스트라디올 생산은 배란 36시간 전에 정점(배란전 에스트로겐 정점)에 이르고 이후 배란과정이 진행함에 따라 감소합니다.이러한 감소는 난포가 배란으로 진행하던 혹은 소멸하던 관계없이 급속 성장기의 종점에 다다랐음을 의미하므로 중요한 지표가 됩니다. LH 파고는 난포가 파열하기 전에 일정 수준의 황체화를 유발해 프로게스테론 생산을 시작하게 합니다. 따라서  에스트로겐과 프로게스테론 생산을 모니터하는 여성은 에스트로겐 생산의 뚜렷한 증가와  에스트로겐 정점, 뒤이은 에스트로겐 수치의 감소를 보게 됩니다. 그녀는 이렇게 수치가 감소하는 날로부터 24시간 이내에 배란이 일어난다는 사실과 이때가 주기에서 가장 가임성이 높은 날임을 알게 됩니다. 만약 배란이 실제로 일어난다면, 즉 LH 파고가 일어나  배란과정이 시작되었다면, 에스트로겐 감소의 날에 약간의 프로게스테론 생산의 증가를 볼 것입니다.

배란 순간과 연관되는 프로게스테론의 실제 농도는 모든 여성에게 해당하는 작은 범위 내로 좁혀질 수 있는데 이것은 에스트로겐 감소와 함께 배란 시기를 결정하는 매우 정확한 지표입니다. 그러나  에스트로겐 감소가 배란하지 않을 난포의 급속 성장기의 끝을 알리는 것이라면 프로게스테론 증가가 없거나 (무배란 주기) , 조금의 증가가 눈에 띄긴 하지만 진행하지 않을 것입니다(황체화된 파열되지 않은 난포). 배란 후 파열된 난포는 황체로 변화되고 프로게스테론 생산의 급격한 증가(매일 두 배로)가 두번째 에스트라디올 증가와 함께 나타납니다. 프로게스테론의 증가는 자궁 경부 점액의 프로게스테론 변화(PC)를 야기하는데 이것은 정점을 계산할 수 있도록 해줍니다. 주기의  종점이 가까워지면서 보이는 프로게스테론  감소는 출혈, 즉 월경을 초래합니다. 에스트라디올 생산 역시 주기의 끝부분에서 감소하지만 출혈 유도와 관련해서는 프로게스테론 감소보다 덜 중요합니다. 배란 후 프로게스테론의 증가와 감소는 항상 출혈을 초래하지만 프로게스테론 생산이 동반되지 않은 에스트라디올의 증가/감소(무배란성 난소활동에서처럼)는 출혈을 유발할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.

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