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原发性痛经的发生主要与月经来潮时子宫内膜前列腺素含量增高有关。研究表明，痛经患者子宫内膜和月经血中前列腺素F2和E2的含量均较正常妇女明显升高，其中F2的含量升高是造成痛经的主要原因。F2和E2是花生四烯酸脂肪酸的衍生物，在月经的周期中分泌期子宫内膜前列腺素浓度要较增殖期子宫内膜的要高，月经期因为溶酶体酶溶解子宫内膜细胞而大量的释放前列腺素，使前列腺素F2和E2的含量明显增高。前列腺素F2的含量增高，可以引起子宫平滑肌过强的收缩，血管痉挛，造成子宫缺血、缺氧状态，而出现痛经，增多的前列腺素进入血液循环，还可引起心血管和消化道等症状。血管加压素、内源性缩宫素以及β-内啡肽等物质的增加也与原发性痛经有关。此外原发性痛经还受精神、神经因素的影响，疼痛的主观感受也与个体痛阈有关。无排卵的增殖期，子宫内膜因无孕酮刺激所含前列腺素浓度很低，通常不发生痛经。