The Embryo Project Encyclopedia

Östrogen ist das wichtigste Sexualhormon der Frau und wirkt während des Menstruationszyklus. Frauen haben drei Haupttypen von Östrogen: Östron, Östradiol und Östriol, die sich an Rezeptoren im Körper binden und diese aktivieren. Forscher entdeckten die drei Östrogentypen über einen Zeitraum von sieben Jahren und trugen so zu einer genaueren Beschreibung des Menstruationszyklus bei. Jeder Östrogentyp enthält eine leicht unterschiedliche Anordnung oder Anzahl von Atomen, was wiederum dazu führt, dass einige Östrogene aktiver sind als andere. Die verschiedenen Östrogentypen erreichen während des gesamten weiblichen Fortpflanzungszyklus – von der normalen Menstruation über die Schwangerschaft bis hin zum Ausbleiben der Menstruation (Menopause) – Spitzenwerte und schwanken. Als Wissenschaftler die Wirkungen von Östrogenen besser verstanden, nutzten sie diese Informationen, um orale Verhütungsmittel zur Kontrolle der Schwangerschaft zu entwickeln, den Menstruationszyklus abzubilden und Hormontherapien zur Regulierung abnormaler Östrogenspiegel zu entwickeln.

Die Östrogene (Östradiol, Östron und Östriol) sind eine Gruppe biologisch aktiver Steroidhormone. Als Signalmoleküle binden Östradiol, Östriol und Östron an Rezeptormoleküle in den Zellen, um bestimmte Veränderungen im Körper zu signalisieren. Die Östrogene binden sich jeweils mit einer bestimmten Passform an die Rezeptormoleküle, so wie ein Puzzleteil mit einem anderen verbunden ist. Einige der Östrogenmoleküle wirken während des Menstruationszyklus und führen zu Veränderungen der Gewebedicke und der Menstruationsblutung. Alle drei Östrogenmoleküle sind in ihrer chemischen Struktur und ihren Bestandteilen ähnlich. Die Ähnlichkeit der verschiedenen Östrogene ergibt sich daraus, dass einige Östrogenmoleküle Derivate der anderen sind, was bedeutet, dass ein Östrogen zur Bildung eines anderen führen kann. Jedes Östrogenmolekül hat eine ähnliche Grundstruktur und unterscheidet sich geringfügig durch das Hinzufügen oder Entfernen spezifisch gebundener Atome, so genannter funktioneller Gruppen. Die Forscher nutzten die verschiedenen funktionellen Gruppen, um Estradiol, Estron und Estriol zu isolieren und voneinander zu unterscheiden.

In den 1920er Jahren stritten sich die Forscher darüber, welche Stelle im weiblichen Körper das meiste Östrogen, das damals als primäres Eierstockhormon bezeichnet wurde, während des Menstruationszyklus produziert. Einige Forscher meinten, dass die Gelbkörper, die sich nach der Freisetzung der Eizellen in den Eierstöcken bilden, die für die Vollendung des Menstruationszyklus erforderliche Östrogenmenge enthalten und produzieren. Die Forscher Edward Adelbert Doisy und Edgar Allen stellten jedoch die Hypothese auf, dass die Follikel in den Eierstöcken in erster Linie die Östrogenmengen produzieren, die für den Abschluss des Zyklus erforderlich sind. 1923 isolierten Allen und Doisy an der Washington University in St. Louis, Missouri, Östrogen aus Follikelextrakten der Eierstöcke und wiesen dessen Wirkung bei Versuchstieren nach. Ihre Ergebnisse zeigten, dass die Follikel der Eierstöcke vor allem während des Produktionszyklus Östrogen produzieren. Diese Entdeckung ermöglichte es späteren Forschern, die Follikelphase, die Phase des Menstruationszyklus, in der sich die Eizellen entwickeln, auch auf die Östrogenproduktion in den Eierstockfollikeln auszuweiten. Später zeigten Forscher, dass der Anstieg des Östrogenspiegels zur Produktion eines anderen Hormons, des luteinisierenden Hormons, führt, das die Freisetzung von Eiern aus den Eierstöcken bewirkt.

Die drei Arten von Östrogen – Östradiol, Östron und Östriol – wurden im Laufe der Zeit entdeckt, wobei Östron zuerst entdeckt wurde. Im Jahr 1929 isolierten die Forscher Doisy, Clement D. Veler und Sidney Thayer reines kristallisiertes Östron im Labor für biologische Chemie an der St. Louis University School of Medicine in St. Louis. Die drei Forscher isolierten Estron aus dem Urin schwangerer Frauen durch Destillation, eine Methode, die den Unterschied im Siedepunkt ausnutzt, um eine Flüssigkeit aus einer anderen zu verdampfen, und durch Extraktion, die Entfernung einer Substanz aus einer anderen. Am Chemischen Institut in Göttinge isolierte Adolf Frederick Johann Butenandt etwa zur gleichen Zeit Estron und erhielt dafür 1939 den Nobelpreis für Chemie.

Neben Estron isolierte Doisy 1930 auch Estriol aus Hunderten von Litern Urin schwangerer Frauen und entdeckte damit ein zweites Östrogen. 1936 isolierte Doisy zusammen mit den Forschern Donald W. MacCorquodale und Stanley S. Thayer den dritten Östrogentyp, Estradiol, aus den Eierstöcken von Schweinen. Estradiol wurde später auch beim Menschen gefunden. Die Struktur von Östradiol ist ähnlich wie die von Estron, doch anstelle des doppelt gebundenen Sauerstoffatoms enthält das Molekül ein einfach gebundenes Sauerstoffatom. Die Isolierung von Östradiol, dem am stärksten am Fortpflanzungszyklus beteiligten Östrogen, ermöglichte es den Forschern, Hormontherapien und orale Verhütungsmittel zu entwickeln. Doisy erforschte auch das Vitamin K, für das er 1943 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielt.

Später nutzten Forscher Doisys Methoden, um Hormontherapien für Frauen zu entwickeln, die nicht über den richtigen Östradiolspiegel verfügten. Die Forscher konnten Veränderungen im Menstruationszyklus herbeiführen, da sie in der Lage waren, Frauen Östradiol zu verabreichen, das biologisch aktivste Östrogenhormon, das während des Menstruationszyklus vorherrscht.

Im Jahr 1946 wiesen die Ärzte Hans Wiesbader und William Filler in New York City, New York, nach, dass sie in der Lage waren, Veränderungen im Menstruationszyklus herbeizuführen, indem sie Frauen, die Probleme mit der Menopause hatten, gentechnisch hergestelltes (synthetisches) Östradiol verabreichten. Mitte des 20. Jahrhunderts synthetisierten Forscher aus anderen Produkten Estradiol-ähnliche Moleküle und schufen so Verbindungen wie Ethinylestradiol, die im Körper die gleichen Reaktionen auslösten wie natürliches Estradiol. Wiesbader und Filler versuchten, Frauen in den Wechseljahren, d. h. nach dem Ausbleiben der Regelblutung, mit dem Hormon Ethinylestradiol zu helfen, denn in den Wechseljahren kann das Vaginalgewebe dünner werden und die natürliche Bildung von Gebärmutterschleimhaut in der Gebärmutter aufhören, was zu Symptomen wie Hitzewallungen führt. Wenn Frauen das Hormon Ethinylestradiol oral in Pillenform einnahmen, verdickte das Hormon die Vaginalwände und die Gebärmutterschleimhaut, und bei einigen Frauen verschwanden während der klinischen Tests die Symptome der Hitzewallungen. Die Forschung mit Östrogenhormonen wurde fortgesetzt.

Die Isolierung von Östradiol durch Doisy, MacCorquodale und Thayer ermöglichte es den Forschern auch, orale Verhütungsmittel zu entwickeln, die 1960 in den USA von der Food and Drug Administration in Washington, DC, zugelassen wurden. Die Isolierung von Östradiol ermöglichte es den Forschern, die Struktur und Funktion des Hormons zu beschreiben, was den Chemikern half, Östradiol-ähnliche Hormone für die kommerzielle Verwendung kostengünstig zu synthetisieren. Mit dem Aufkommen von synthetisiertem Östradiol machten Forscher orale Verhütungsmittel für Frauen verfügbar, um eine Schwangerschaft zu verhindern. Orale Verhütungsmittel verhindern eine Schwangerschaft, indem sie den Menstruationszyklus verändern. Diese Veränderungen verhindern, dass die Eierstöcke Eizellen freisetzen, und halten das Gewebe der Gebärmutter dünn, so dass sich eine möglicherweise befruchtete Eizelle nicht in der Gebärmutter einnisten kann. Der Menstruationszyklus wird durch Östradiol und andere Hormone gesteuert. Mit der Entdeckung, dass Östradiol während des gesamten Fortpflanzungszyklus einer Frau wirkt, haben Forscher den Zyklus genauer beschrieben.

Der Menstruationszyklus bereitet den Körper der Frau auf eine mögliche Schwangerschaft vor, indem er eine Eizelle und eine Schicht nährenden Gebärmuttergewebes produziert. Der Menstruationszyklus beginnt von neuem, wenn die soeben produzierte Eizelle unbefruchtet bleibt oder wenn sich eine befruchtete Eizelle nicht in die Gebärmutter einnistet. Bei Menschen dauert jeder Menstruationszyklus etwa achtundzwanzig Tage, ist aber von Person zu Person unterschiedlich, da manche Frauen längere und andere kürzere Zyklen haben. Fachleute quantifizieren die Länge eines Zyklus, indem sie die Zeit in Tagen messen, die er von Anfang bis Ende umfasst. Der Monatszyklus beginnt am ersten Tag mit einer normalen Blutung (Menstruation) und endet um den achtundzwanzigsten Tag, kurz vor dem Einsetzen der nächsten Menstruation, wenn sich keine befruchtete Eizelle eingenistet hat. Wenn sich eine befruchtete Eizelle in die Gebärmutterwand einnistet, hört der Menstruationszyklus auf und eine Schwangerschaft beginnt. Beim Menschen steuern vier regulierende Hormone den Menstruationszyklus, indem sie eine Reihe von schrittweisen Phasen einleiten und beenden. Zu diesen vier Hormonen gehören das luteinisierende Hormon, das follikelstimulierende Hormon, das Progesteron und das Östrogen. Zu den Phasen, aus denen sich der Menstruationszyklus zusammensetzt, gehören die Follikelphase, die Ovulationsphase und die Lutealphase.

Mit der ersten Phase, der Follikelphase, beginnt beim Menschen der Menstruationszyklus, der im Durchschnitt dreizehn bis vier Tage dauert. Sowohl die Eientwicklung als auch die Menstruationsblutung finden während der Follikelphase statt. Zu Beginn der Follikelphase ist das Gewebe, das das Innere der Gebärmutter (Endometrium) auskleidet, dick und voller Nährstoffe, die bereit sind, eine befruchtete Eizelle zu tragen und zu nähren. Die Ablösung der Gebärmutterschleimhaut ist eine der vielen Veränderungen, die während des Menstruationszyklus stattfinden.

Mit Beginn des Menstruationszyklus sinkt der Östradiol- und Progesteronspiegel. Dieser Abfall des Hormonspiegels signalisiert der Gebärmutterschleimhaut, dass sie sich ablöst, was zu einer Menstruationsblutung führt. Während der Menstruationsblutung steigt der Spiegel des follikelstimulierenden Hormons (FSH) an und stimuliert das Wachstum mehrerer Eierstockfollikel. Jeder Follikel enthält eine sich entwickelnde Eizelle. Später in der Follikelphase beginnt der FSH-Spiegel zu sinken, und nur ein Follikel wächst zur Reife heran (der dominante Eibläschenfollikel). Der dominante Ovarialfollikel beginnt während der Follikelphase mit der Produktion von Östradiol. Wenn er beginnt, Östradiol zu produzieren, brechen die übrigen stimulierten Follikel zusammen. Der Anstieg des Östradiols stimuliert die Produktion des Luteinisierungshormons, mit dem die nächste Phase des Menstruationszyklus beginnt.

Die nächste Phase, die Ovulationsphase, dauert etwa sechzehn bis zweiunddreißig Stunden und beginnt mit einem starken Anstieg des luteinisierenden Hormons, der durch Estradiol am Ende der Follikelphase verursacht wird. Der Anstieg des luteinisierenden Hormons bewirkt, dass der dominante Eierstockfollikel an Größe zunimmt, bis er schließlich platzt und eine reife Eizelle aus einem der beiden Eierstöcke freisetzt, die Frauen haben. Die Freisetzung einer Eizelle wird als Eisprung bezeichnet. Der Eisprung findet etwa vierzehn Tage vor dem Einsetzen der nächsten Regelblutung einer Frau statt. Das freigesetzte Ei wandert den Eileiter hinunter, der den Eierstock mit der Gebärmutter verbindet. Im Eileiter angekommen, kann die Eizelle von Spermien befruchtet werden. Wird die Eizelle befruchtet und nistet sich in der Gebärmutter ein, endet der Zyklus und es kommt zu einer Schwangerschaft.Unabhängig davon, ob die Eizelle befruchtet wird oder nicht, geht der Menstruationszyklus in die Gelbkörperphase über.

Die Lutealphase dauert etwa vierzehn Tage nach dem Eisprung und beendet den Menstruationszyklus. Während der Lutealphase verschließt sich die Bruchstelle am Eierstock, an der der dominante Ovarialfollikel eine Eizelle freigesetzt hat, und entwickelt sich zum Gelbkörper (Corpus luteum). Der Gelbkörper produziert eine geringe Menge an Östradiol und eine viel größere Menge an Progesteron. Der Östradiolspiegel in der Lutealphase ist hoch und bewirkt zusammen mit dem Progesteron, dass sich die Gebärmutterschleimhaut verdickt, um Nährstoffe und einen Platz für die Einnistung einer befruchteten Eizelle in einen Embryo zur Verfügung zu stellen. Der Anstieg des Östradiol- und Progesteronspiegels führt auch dazu, dass sich die Milchgänge in den Brüsten erweitern und vergrößern, was zu Schwellungen und möglicherweise zu Brustschmerzen vor dem Einsetzen der Menstruation führt. Wenn sich ein Embryo in die Gebärmutterschleimhaut einnistet, funktioniert der Gelbkörper, bis sich die Plazenta, die den Fötus ernährt, entwickelt und die Hormonproduktion in der zwölften oder dreizehnten Schwangerschaftswoche übernimmt. Wenn sich eine befruchtete Eizelle nicht einnistet, baut sich der Gelbkörper etwa zehn Tage nach seiner Entstehung ab und hört auf, Progesteron zu produzieren. Die Lutealphase endet kurz vor Beginn der nächsten Menstruation oder vor Eintritt einer Schwangerschaft, danach folgt die Follikelphase, die den Menstruationszyklus wieder von vorne beginnen lässt.

Estradiol wirkt während des Menstruationszyklus. Der Abfall des Östradiolspiegels während der Follikelphase bewirkt, dass sich die Gebärmutterschleimhaut ablöst und die Menstruation einsetzt.In der späteren Ovulationsphase produziert der dominante Ovarialfollikel Östradiol, das den Spiegel des luteinisierenden Hormons erhöht, wodurch der Ovarialfollikel aufbricht und eine Eizelle freisetzt. Der Gelbkörper produziert in der letzten Lutealphase das Hormon Östradiol in zunehmenden Mengen, das die Gebärmutterschleimhaut verdickt, so dass der Menstruationszyklus von neuem beginnen kann. Während der Schwangerschaft produziert die Plazenta mehr Östriol als Östradiol. Estron nimmt in der Konzentration zu und wird mehr als Östradiol produziert, wenn eine Frau in die Menopause kommt, wenn die Menstruation und der Menstruationszyklus aufhören.