L'hormone lutéinisante agit conjointement avec l'hormone folliculo-stimulante dans les derniers stades de la maturation des follicules ovariens, en stimulant la libération d'œstrogènes par ces derniers. Lorsque les niveaux d'œstrogènes sont faibles ou constants, l'effet sur la libération de LH est négatif. Cependant, lorsque les niveaux d'œstrogènes deviennent élevés alors que le follicule approche de la maturation, une rétroaction positive se produit ; l'hypophyse antérieure devient plus sensible à l'effet de l'hormone de libération des gonadotrophines et il y a un pic dans la sécrétion de LH. L'ovulation se produit environ neuf heures après l'atteinte du pic.
La LH favorise ensuite la formation du corps jaune - d'où son nom - et la sécrétion de progestérone dans la seconde moitié du cycle menstruel.
Les niveaux élevés d'œstrogènes, de progestérone et d'inhibine ont un effet de rétroaction négatif sur la production de LH par l'hypophyse antérieure au cours de la seconde moitié du cycle menstruel.
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