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卵巢甾体激素属于类固醇激素，基本化学结构为环戊烷骈多氢菲环，按碳原子数目分为3组：含18个碳原子为雌激素、含19个碳原子为雄激素、含21个碳原子为孕激素。孕激素是由卵巢黄体分泌的甾体激素。卵泡期，颗粒细胞和卵泡-间质细胞合成孕激素，黄体期则由黄体细胞包括颗粒细胞和卵泡膜黄体细胞合成孕激素。胆固醇在血液中与LDL结合为LDL-胆固醇，是卵巢合成孕激素的前体物质。在LH的刺激下，卵巢膜细胞内的胆固醇经线粒体内的细胞色素P450侧链裂解酶催化形成孕烯醇酮，通过△4途径合成黄体酮，即孕烯醇酮在细胞质内质网内的3β-羟基类固醇脱氢酶（3β-hydroxysteroid dehydrogenase，P450 c17）-△4-△5异构酶的作用下生成黄体酮，其基本结构为△4-3-酮孕甾烷。
孕激素制剂从其来源可分为天然孕激素和人工合成孕激素及其衍生物两大类。天然孕激素主要有黄体酮，地屈孕酮是6-去氢孕酮经过紫外线照射后形成的旋光异构体，其C9羟基由α位转变为β位，C10甲基由β位转变为α位，C6-7间多1个双键，又称为反式孕酮，体内代谢产物为16α、20α和C21甲基羟基地屈孕酮，仍为反式孕酮结构，可视为天然孕激素。地屈孕酮结构的细微改变使其获得口服吸收、代谢稳定、对孕激素受体具有高选择性的特点，孕激素活性高于天然黄体酮20倍，生物利用度增高约为28%。人工合成孕激素及其衍生物按化学结构可分为4类，如表2-2所示。
表2-2 孕激素的分类及代表药物
以黄体酮为先导的结构改造，其目标是得到可供口服的孕激素。无活性的17α-羟孕酮经乙酰化后得醋酸羟基孕酮，增加口服活性。考虑到孕酮类失活的主要途径是6位羟基化、16位和17位氧化或3，20-二酮被还原成二醇，因而结构改变主要是在C6位及C16位上引入占位基团，得到17α-乙酰氧基黄体酮的6α-甲基衍生物，即醋酸甲羟孕酮；△6-6-甲基衍生物，即醋酸甲地孕酮及△6-6-氯衍生物，即醋酸氯地孕酮，它们都为长效的口服孕激素。新一代孕激素的专一性更强、安全性更高，如地诺孕素、屈螺酮、炔诺孕酮、诺美孕酮和曲美孕酮。这类孕激素与黄体酮受体的结合更具选择性，与其他甾体激素受体几乎不结合，且无雄激素、雌激素或糖皮质激素活性，不影响脂代谢，作用更接近天然孕酮，被看作第四代孕激素。
孕激素的生物活性是由孕激素受体（progesterone receptor，PR）介导的，PR是配体激活的核转录调节因子，主要由羧基端配体结合域、DNA结合域、与受体核定位有关的铰链区，以及与转录调节有关的氨基端四部分组成。孕激素与PR的羧基端结合后，致使PR发生构象变化，使其从分子伴侣中释放出来，形成PR二聚体并移位至细胞核，与靶基因的孕激素应答元件相结合，同时募集各种协同转录因子，调控靶基因的转录。此外，PR还可以激活激酶级联反应，通过信号通路途径影响细胞周期蛋白的表达而间接调控细胞周期。所有的孕激素均通过与细胞内的孕激素受体PR结合而发挥孕激素作用，但也可与其他甾体激素受体包括雄激素受体AR、雌激素受体ER、肾上腺糖皮质激素受体GR、盐皮质激素MR结合而呈现不同的激素活性。孕激素的活性以选择性指数（selective index，SI）为标志。选择性指数指孕激素与PR和AR结合力的比值（SI=PR/AR），SI值越高，孕激素活性越强（表2-3）。
表2-3 不同孕激素与甾体激素受体和血清结合蛋白的亲和力
注：AR—雄激素受体；ER—雌激素受体；GR—肾上腺糖皮质激素受体；MR—盐皮质激素；SHBG—性激素结合球蛋白；CBG—皮质激素结合球蛋白。
天然孕激素和人工合成孕激素及其衍生物都具有抑制下丘脑-垂体-卵巢轴和转化子宫内膜的作用。在月经周期后期能使子宫内膜分泌期改变，为孕卵着床提供有利条件，在受精卵植入后，胎盘形成，可减少妊娠子宫的兴奋性，使胎儿能安全生长；在与雌激素共同作用时，可促使乳房发育，为产乳做好准备；可通过对下丘脑的负反馈，抑制腺垂体黄体生成素的释放，使卵泡不能发育成熟，抑制卵巢的排卵过程。
孕激素负反馈抑制下丘脑-垂体系统促性腺激素释放激素-促性腺激素的合成和分泌，但排卵前期孕激素增强雌二醇高峰对下丘脑-垂体系统促性腺激素释放激素-促性腺激素释放的正反馈作用，促进排卵。黄体期孕激素分泌高峰抑制FSH、LH的分泌，使之于月经期降至最低点。孕激素作用于下丘脑体温调节中枢引起体温升高，通过调节中枢神经系统和下丘脑神经介质的功能调节妇女的精神心理、情绪和认知功能，抑制垂体催乳素的分泌。
孕激素对子宫内膜的作用与雌激素相互拮抗又相互协调，其作用也与子宫内膜局部自分泌和旁分泌因子密切相关。孕激素对抗雌激素引起的子宫内膜基底层和功能层增生，促进增生的子宫内膜分泌化。黄体退化，雌、孕激素撤退引起月经来潮。妊娠后，由黄体分泌的大量孕激素促进子宫内膜转化为蜕膜，以维持胎盘和胚胎的早期发育。孕激素降低子宫和输卵管平滑肌对缩宫素的敏感性，抑制子宫平滑肌对缩宫素的敏感性，降低收缩活性和强度，维持正常的胎儿宫内发育。孕激素拮抗雌激素对下生殖道的作用，如降低阴道和宫颈上皮的成熟指数、角化指数和嗜酸性粒细胞指数；降低阴道内的乳酸杆菌数量和清洁度；减少宫颈黏液的分泌量，降低黏稠度、拉丝度、结晶力和精子穿透力。
孕激素促进乳腺腺泡发育，减少乳糖和酪蛋白生成，抑制泌乳。产后胎盘娩出后，血浆性激素水平下降，催乳素升高，3~5天开始泌乳。
天然来源孕激素（黄体酮）的口服溶解性及消化道吸收差，在通过肠黏膜时和在肝脏中受到4-烯还原酶、20-羟甾脱氢酶等的作用（首关效应）而被代谢失活，导致生物利用度降低。黄体酮分泌后进入血液，1%~5%呈游离状态存在并发挥生物调节活性，而95%与性激素结合蛋白（SHBG）结合经肝脏代谢，主要代谢产物为孕二醇及其硫酸盐和葡糖苷酸结合物，主要经肾脏排泄，半衰期为15分钟。采用注射和阴道给药可避免首关效应，加速药物吸收；经过微粉化处理或应用油性载体可提高药物的溶出及吸收等问题，进餐时口服可提高药物的生物利用度。人工合成孕激素及其衍生物种类繁多、结构多样、给药途径多样，体内代谢、与孕激素受体的亲和力和生物利用度各不相同。人工合成的高效炔诺酮、甲地孕酮等在肝脏破坏较慢，可口服给药，油溶液肌内注射因局部吸收缓慢，发挥长效作用。
临床常用孕激素的药动学特点如下：
口服后经过较大程度的肝脏首关效应，生物利用度低，口服100mg后，2~3小时血药浓度达峰，以后逐渐下降，约72小时后消失，半衰期为2.5小时左右。口服后在肝内代谢，约12%代谢为孕烷二醇，代谢物与葡糖醛酸结合随尿排出。可通过口腔、直肠和阴道吸收。其油剂注射液肌内注射后迅速吸收。在肝内代谢，约12%代谢为孕烷二醇，代谢物与葡糖醛酸结合随尿排出。注射100mg，6~8小时血药浓度达峰，以后逐渐下降，可持续48小时，72小时消失。黄体酮可分布进入乳汁。
本药口服后迅速吸收，并在体内完全被代谢，主要代谢物为DHD（20α-dihydrogesterone），此成分大多以葡糖醛酸化物在尿中被测得。所有代谢产物的结构均保持4，6-二烯-3-酮的构型，而不会产生17α-羟基化，该特性决定本品无雌激素和雄性化作用。口服地屈孕酮之后，血浆DHD浓度高于血浆中的地屈孕酮原型药浓度。DHD对地屈孕酮AUC和 C max 的比值分别为40和25。地屈孕酮口服后被迅速吸收，地屈孕酮和DHD分别在0.5和2.5小时达峰值。地屈孕酮和DHD的平均最终半衰期分别为5~7小时和14~17小时。地屈孕酮与内源性孕激素不同，在尿中不以孕烷二醇的形式排出。因此，根据尿中的孕烷二醇排出量仍可测定内源性孕激素的产生。口服标记过的地屈孕酮，平均63%随尿排出，72小时体内完全清除。
肌内注射或口服给药后血药浓度迅速上升。口服后在胃肠道吸收，经2小时左右达血药浓度峰值，口服吸收良好，血药浓度峰值较高，但持续时间较短。在肝内降解，大部分醋酸甲羟孕酮代谢物都以葡糖醛酸苷结合物的形式通过尿液排出，只有微量代谢物以硫酸盐的形式排出。醋酸甲羟孕酮通过胆汁分泌，主要经粪便排泄，约44%的药物以原型随尿排泄。肌内注射后的4~20天血药浓度达峰，并局部储存在组织中缓慢释放，产生长效作用，可维持2~4周以上。蛋白结合率为90%~95%，分布容积为20L±3L，消除半衰期为6周，可通过血脑屏障和胎盘屏障，也可经乳汁分泌。
口服本品160mg后能迅速吸收，血药浓度升高较快，2~3小时可达到峰值，吸收半衰期为2.5小时。肌内注射后能在局部组织中储存，吸收缓慢而起长效作用。本品在肝内代谢，85%以上与血浆蛋白结合，大部分药物以葡糖醛酸结合物的形式经肾脏排泄，小部分随粪便排出，消除半衰期为32.5小时。
醋酸环丙孕酮口服后在很大的剂量范围内吸收迅速而且完全，绝对生物利用度约为口服剂量的88%。单次给予醋酸环丙孕酮1mg后1~2小时，最高血清浓度约为8ng/ml。随后血清水平呈双相下降，半衰期分别为0.8小时及2.3天。血清中的总含量中仅有3.5%~4.0%以游离类固醇的形式存在，96%的药物与血浆蛋白非特异性结合，表观分布容积为986L±437L。醋酸环丙孕酮几乎能完全代谢，血浆中的主要代谢产物为15β-羟基环丙孕酮，是通过细胞色素P450酶CYP3A4形成的。血清清除率约为3.6ml/（min·kg）。部分醋酸环丙孕酮以原型排泄，代谢物以1∶2的比率从尿和胆汁排出，代谢物的排泄半衰期约为1.8天。
口服易吸收，生物利用度平均为64%，口服后0.5~4小时血药浓度达峰，作用持续至少24小时。药物血浆蛋白结合率约80%，半衰期为5~14小时，胃肠道吸收后经肝代谢，大部分药物与葡糖醛酸结合，随尿排出。
口服吸收迅速而完全，1小时后达血药峰浓度，生物利用度为100%，几乎无首关效应。药物吸收后主要分布于肝、肾、卵巢及子宫，分布半衰期为50~60分钟。与血浆蛋白高度结合，42%~68%与性激素结合球蛋白结合，30%~56%与白蛋白结合。在肝脏中代谢，清除半衰期为5.5~10.4小时，血浆清除率明显较炔诺酮慢，代谢物大多以葡糖醛酸或硫酸结合物的形式从尿液和粪便排出。
本品结构中含有17位酯链，口服吸收困难，多制成油溶液供肌内注射。肌内注射后在局部沉积贮存，缓慢释放，发挥长效作用，维持时间达1~2周以上。大鼠肌内注射后的体内半衰期为10天左右。
口服吸收完全，2小时血药浓度达高峰，主要与白蛋白和性激素结合球蛋白结合，血浆清除半衰期为16~18小时。70%在肝内代谢，通过肝脏代谢为无活性的孕烷二醇，代谢产物与葡糖醛酸结合后随尿液排出，30%以原型从肾排出，24~30小时完全排出。
口服后吸收迅速而且几乎完全，在单次服药后1~2小时可以达到最高血药浓度，生物利用度为76%~85%，同时进餐对其生物利用度没有影响。每日服药后血药浓度升高2~3倍，在1个治疗周期的后半周期达到稳态。血清总药量中仅有3%~5%以游离形式存在，95%~97%非特异性地与白蛋白相结合，表观分布容积为3.7~4.2L/kg。在口服给药后，屈螺酮代谢完全，血浆中的主要代谢产物是通过打开内酯环而产生的屈螺酮的酸形式和通过还原及后续的硫化反应而形成的4，5-二氢-屈螺酮-3-硫酸，同时受CYP3A4催化进行氧化代谢。屈螺酮的血清水平呈双相下降清除，终末半衰期约为31小时。屈螺酮不以原型排出，代谢产物由粪便和尿液排出。
口服从胃肠道吸收完全，通过肝脏首关代谢作用可以忽略不计，达血药浓度峰值时间为0.5~4小时，平均为1.17小时，半衰期为5~14小时，血浆蛋白结合率为80%，作用时间至少持续24小时。主要在肝脏代谢，代谢产物与葡糖醛酸结合后随尿液排出。
口服孕二烯酮吸收良好，生物利用度高。该药在血浆中大部分与血浆蛋白结合，75%~87%与性激素结合球蛋白结合，13%~24%与白蛋白结合。通过肝脏代谢，少于1%以原型随尿液排出。
孕激素剂型主要有6种：注射剂、片剂、丸剂、胶囊剂、缓释剂、栓剂。给药途径有口服、注射、皮下埋植、阴道或子宫内给药。临床很少以孕激素单独用于性激素治疗。作为激素疗法使用孕激素以口服为主，口服孕激素在肠胃及肝脏被迅速破坏，生物利用度差。但经过微粒化处理后可提高胃肠道吸收率及生物利用度，进餐时服药的生物利用度高于空腹。天然微粉化黄体酮可经阴道吸收，可避免肝脏首关效应，持久平稳地靶向治疗，保证局部高浓度。阴道给药制剂多为局部作用，能有效通过阴道黏膜吸收，可避免口服给药的肝脏首关效应，但可产生子宫首关效应，使药物经阴道黏膜吸收后直接转运到子宫，降低全身不良反应，提高药物的生物利用度。
是指将一定量的液体药物直接包封，或将固体药物溶解或分散在适宜的赋形剂中制成溶液、混悬液、乳液或半固体，密封于球形或椭圆形的软质囊材中制成的胶囊剂。黄体酮软胶囊的内容物由微粉化黄体酮、花生油和大豆磷脂组成，是用明胶制皮膜应用现代纳米技术，将黄体酮经超音速气流粉碎成纳米级超微细粉制成的口服剂型，与注射剂具有生物等效性，且无剂量累加作用。口服微粒化黄体酮的生物利用度为注射剂的10%，疗效高，既可口服同时也可以阴道给药。与现有的黄体酮产品（黄体酮注射液、黄体酮栓、黄体酮胶囊）相比，软胶囊的特点是比注射剂起效慢，但又比片剂、胶囊、颗粒剂起效快；具有其他剂型所不具备的含量精确、工艺科学、使用方便、生物利用度高、起效快、疗效高等优点。
是指在水中可迅速崩解、均匀分散的片剂，相对于普通片剂、胶囊剂等固体制剂，分散片具有制备简单、崩解迅速、吸收快和生物利用度高等特点。常用的分散片有醋酸甲羟孕酮分散片、醋酸甲地孕酮分散片和左炔诺孕酮分散片。
是在囊壳中加入特殊的药用高分子材料或经特殊处理，使其在胃液中不溶解，仅在肠液中崩解溶化。肠溶胶囊有多种类型：有的将药物直接填充在肠溶胶囊中，有的将包有肠溶衣的载药微丸填充在胶囊内。左炔诺孕酮肠溶胶囊是将药物直接填充在肠溶胶囊壳中，不在胃部溶解，避免了目前口服避孕药由于服药后产生恶心、呕吐而将有效药物成分由胃内呕出的弊端。肠溶胶囊能使使用者服用的剂量更准确，最大限度地保证药物有效率和降低药物副作用。
黄体酮注射液的规格为1ml∶10mg和1ml∶20mg，为黄体酮的灭菌油溶液，肌内注射后迅速吸收。肌内注射黄体酮安全有效，但存在疼痛、不能长期使用的问题。
左炔诺孕酮宫内缓释系统是放置于宫腔内，局部缓释孕激素以保护非孕期子宫内膜的一种简单、有效和安全的方法。目前国内广泛应用的左炔诺孕酮宫内缓释系统含左炔诺孕酮52mg，置入宫腔内每天释放左炔诺孕酮20µg，使用年限可达5年，在避孕、减少子宫出血、缓解子宫内膜异位或子宫腺肌病所引起的痛经和出血及控制病灶发展等方面有广泛的用途。
是指药物与适宜的基质制成的具有一定形状的供人体腔道内给药的固体制剂。栓剂在常温下为固体，塞入腔道后在体温下能迅速软化熔融或溶解于分泌液中，逐渐释放药物产生局部或全身作用。黄体酮栓剂经阴道给药，稳定性良好，能够达到吸收目的，药物浓度可达到生理水平，临床疗效确切，无副作用，使用方便。
是指药物与能形成凝胶的辅料制成溶液、混悬或乳状液型的稠厚液体或半固体制剂。通常凝胶剂局部用于皮肤及体腔，如鼻腔、阴道和直肠。黄体酮阴道缓释凝胶具有持续释放的特性，使黄体酮的吸收延长，吸收半衰期为25~50小时，清除半衰期为5~20分钟。主要用于辅助生育技术中黄体酮的补充治疗。
孕激素与其他药物同时应用时，可能发生药动学或药效学方面的相互作用，使其作用效果受到影响。当一种药物改变另一种药物的吸收、分布、代谢或排泄，从而改变其血清浓度及其效应时，药动学相互作用就会发生。因此，减少激素吸收、代谢或排泄的药物可能会影响其生物利用度，并可能影响其作用效果。当一种药物通过协同或拮抗作用直接影响另一种药物的临床作用时，药效学相互作用就会发生。
药物的吸收可能受到引起呕吐或严重腹泻的药物、螯合药物和改变胃pH或肠道转运的药物的影响。引起腹泻或呕吐的药物及增加胃pH的药物（包括质子泵抑制剂、抗酸剂和H 2 受体拮抗剂）可能会降低醋酸乌利司他（UPA）的吸收和疗效。
细胞色素P450是药物代谢中的最重要的酶家族。如果诱导细胞色素P450酶，则伴随药物的代谢可能增加，可能会降低临床效果。一旦开始，这些药物可能在2天内诱导细胞色素P450酶，作用一般在1周内最大。停止后，酶一般在4周内恢复到以前的活性水平。如果细胞色素P450酶被抑制，伴随药物的代谢可能减少，可能导致毒性和副作用增加。
可能降低孕激素水平的酶诱导剂包括苯巴比妥、苯妥英钠、利福平等。
应用黄体酮等孕激素可能发生的一般不良反应涉及机体多个系统器官，包括生殖系统、消化系统、运动系统、神经系统等，还包括精神方面的不良反应等。
单纯孕激素避孕最常见的临床副作用是月经失调，如不规则出血、点滴出血或闭经。极少数患者可出现突破性出血，一般增加剂量即可防止。可见轻微阴道出血、经期血量改变、闭经、乳房疼痛、性欲改变。
常见恶心、呕吐、腹痛等。
常见肝功能改变、黄疸。
常见头痛、偏头痛、抑郁、精神紧张。
常见皮肤过敏、荨麻疹、瘙痒、水肿。
单纯孕激素常引起出血的不良反应，口服只含有孕激素的避孕药比使用孕激素治疗月经紊乱和作为绝经期激素治疗（menopausal hormone therapy，MHT）的一部分更容易出现突破性子宫出血。孕激素引起体内雌二醇波动低值是导致子宫出血的主要原因，临床上采用补充外源性雌激素或口服复合避孕药治疗可取得一定效果。研究表明脑膜瘤与孕激素密切相关，脑膜瘤组织中存在孕激素受体，约占脑膜瘤患者的2/3。女性与男性的脑膜瘤发生率之比为2∶1~3∶1，性别差异造成的患病比例在育龄妇女中尤为突出，妊娠期孕激素升高，脑膜瘤会快速生长。不良反应随孕激素的剂量和剂型不同而有差异。痤疮、多毛等男性化作用多见于使用去甲睾酮衍生物如炔诺酮和炔诺孕酮的患者，这些衍生物也更容易对血脂产生不良影响。孕二烯酮和去氧孕烯对血脂的不良影响比较小，但是这2种药物作为复方口服避孕药使用时，相对于炔诺酮和炔诺孕酮而言，发生血栓栓塞的概率增加。孕激素对静脉血栓的影响与药物种类有关，微粒化黄体酮和孕烷衍生物甲羟孕酮不增加静脉血栓风险，而非孕烷衍生物包括诺美孕酮和普美孕酮明显增加静脉血栓栓塞症风险。与服用第一和第二代避孕药的妇女相比，服用屈螺酮和第三代避孕药的妇女患静脉血栓的风险似乎略有增加，为（10~15）/10000；但妊娠和产后这一比例分别为（5~20）/10000和（40~65）/10000，比药物引起的风险要高。大剂量的孕激素也与血栓栓塞有关。给药途径对血栓的影响不明确，没有足够的证据表明阴道避孕环和避孕贴片比口服避孕药能降低血栓风险。
如果长期大量使用孕激素药物，且缺少医师指导及正规的药物监测，会发生极为罕见的副作用，如胆囊病变、异位妊娠、心肌梗死、血栓性静脉炎、痴呆、乳腺癌和视网膜动脉血栓等。一些研究表明，口服避孕药使用者患缺血性脑卒中和子宫颈癌的风险较高。有限的证据表明，使用复合避孕药的偏头痛妇女患脑卒中的风险比不使用者增加2~4倍，使用任何剂量的复合避孕药的妇女患脑卒中的风险均增加。人乳头瘤病毒感染的妇女口服避孕药使用时间越长，患宫颈癌的风险越高。口服避孕药的使用也会增加乳腺肿瘤的患病风险。
由于甲羟孕酮对骨密度的影响，FDA于2004年11月发布“黑框”警告：长期使用甲羟孕酮可能导致骨密度显著下降，使用时间越长损失越大，停用后损失可能不会完全逆转。使用甲羟孕酮2年或更长时间后5年，髋部骨密度也没有完全恢复。但没有高质量的数据证明DMPA是否会影响青少年或成人以后的骨折风险。
一些孕激素在妊娠期间使用可导致女婴男性化，这可能与那些激素具有较高的雄激素活性有关，如炔诺酮。一项对照研究表明，妊娠期使用孕激素后，其后代存在尿道下裂的风险。使用地屈孕酮和甲羟孕酮后出现其他生殖泌尿道畸形，使用甲羟孕酮后出现法洛四联症和肾上腺皮质癌，使用炔诺酮、异炔诺酮和炔孕酮后出现胎儿雄性化，使用炔诺酮与炔孕酮后出现脊髓脊膜突出或脑水肿等。
应用孕激素药物时应严密监测患者的反应和检查指标，及时调整剂量和给药方法，提高患者用药的安全性。例如：①严密监测患者的血压、血脂水平，降低心血管疾病的发生风险；②采取阴道给药途径时应与其他阴道给药间隔6小时以上，防止影响药物的释放和吸收；③黄体酮会降低葡萄糖耐量，糖尿病患者应用时应严密监测；④当发生视野部分或完全损伤、复视或偏头痛等症状时，应立刻停止用药并进行眼科检查等。