Гиалуроновая кислота

Гиалуроновая кислота представляет собой полимерную молекулу, состоящую из небольших соединений углеводной структуры. Данное соединение было открыто около 75 лет назад, и до сей поры интенсивно изучается химиками, биологами, фармацевтами, врачами и учеными других медико-биологических специальностей. Физические свойства гиалуроновой кислоты уникальны – она способна удерживать молекулы воды, образуя гелеобразную структуру, и кроме того, данное соединение участвует во многих важных процессах в организме человека и животных, таких, как например деление и миграция клеток, переключение генов, заживление ран, оплодотворение, рост и развитие плода, формирование злокачественных опухолей и т.д.

В настоящее время гиалуроновая кислота широко применяется в эстетической медицине (входит в состав косметических продуктов, таких, как крема, маски и другие, а также используется для проведения процедуры биоревитализации и иных манипуляций, направленных на замедление процессов старения и поддержание молодости тканей). Кроме эстетической области, гиалуроновая кислота широко используется в медицинской практике, например, в лечении заболеваний глаз и суставов, в комплексной терапии злокачественных опухолей, в заживлении ран и в иммунологии. Рассмотрим свойства и применение гиалуроновой кислоты в различных сферах (и эстетической, и медицинской).

Гиалуроновая кислота – общая характеристика, свойства и способы получения

Гиалуроновая кислота представляет собой полисахарид, а это означает, что ее молекула состоит из множества одинаковых небольших фрагментов, которые по своей структуре являются углеводами (простыми сахаридами). Простые сахара соединяются в цепочку и образуют длинную молекулу гиалуроновой кислоты. В зависимости от количества фрагментов, составляющих молекулу гиалуроновой кислоты, она может иметь различную массу и длину.

На основании массы молекулы выделяют две разновидности гиалуроновой кислоты – высокомолекулярную и низкомолекулярную. Высокомолекулярными разновидностями гиалуроновой кислоты являются молекулы с массой более 300 кДа. Все молекулы гиалуроновой кислоты с массой менее 300 кДа относятся к низкомолекулярным. Обе разновидности вещества обладают рядом одинаковых свойств, но в то же время некоторые другие физические свойства и биологическая роль высокомолекулярной и низкомолекулярной гиалуроновой кислот различны.

Так, и высокомолекулярная, и низкомолекулярная гиалуроновая кислота способны связывать и удерживать молекулы воды, образуя желеобразную массу. Данная желеобразная масса обладает некоторой вязкостью, позволяющей ей выполнять функцию идеального субстрата для любых жидкостей и смазок в организме (например, слюны, вагинальной и суставной смазки, околоплодных вод и т.д.), а также для внеклеточного матрикса, в котором протекают биохимические реакции и проходят другие важные процессы. Степень вязкости желеобразной массы, образуемой гиалуроновой кислотой, зависит от ее массы. Чем больше молекулярная масса молекулы гиалуроновой кислоты, тем более вязким будет желеобразная масса, образуемая ей в соединении с водой.

Внеклеточный матрикс, образованный желеобразной массой воды, удерживаемой гиалуроновой кислотой, представляет собой уникальную среду, соединяющую клетки органов и систем между собой, а также обеспечивающую их взаимодействие. По межклеточному матриксу движутся клетки и биологически активные вещества, попав в него из кровеносных сосудов. Именно благодаря желеобразному вязкому матриксу различные вещества могут добираться до каждой клетки органа или ткани, даже если рядом с ней не проходит кровеносный сосуд. То есть, какое-либо вещество или клетка выходит из кровеносного сосуда в межклеточный матрикс и по нему проходит до клеточных структур, лежащих глубоко в тканях и не контактирующих с кровеносными сосудами.

Кроме того, продукты жизнедеятельности клеток, токсины вирусов и бактерий, а также погибшие клеточные структуры удаляются из органов и тканей именно через межклеточный матрикс. Сначала они попадают в межклеточное вещество, затем движутся по нему по направлению к лимфатическим или кровеносным сосудам, достигнув которых, проникают в них и окончательно выводятся из организма. Подобное движение между клетками в межклеточном матриксе возможно именно благодаря его желеобразной консистенции, обеспечиваемой гиалуроновой кислотой.

Помимо этого, гиалуроновая кислота является необходимым компонентом внутрисуставной смазки и глазной жидкости, а также входит в состав дермы и соединительной ткани. Данное соединение придает вязкость внутрисуставной смазке и глазной жидкости, обеспечивая их оптимальные свойства. В дерме гиалуроновая кислота удерживает волокна коллагена и эластина в правильном положении, тем самым поддерживая тургор, эластичность и молодость кожи. Кроме того, за счет связывания воды гиалуроновая кислота обеспечивает оптимальное количество влаги в кожном покрове, что также предотвращает старение и появление морщин. В соединительной ткани гиалуроновая кислота также обеспечивает ее тургор, эластичность, растяжимость и достаточную увлажненность.

При недостатке гиалуроновой кислоты происходит пересыхание тканей из-за дефицита воды, которая не удерживается в них. В результате ткани истончаются, становятся ломкими, неэластичными и легко ломающимися, что приводит к их старению и развитию различных заболеваний. Также гиалуроновая кислота принимает участие в ряде очень важных процессов, таких, как миграция и размножение клеток, переключение генов, зачатие и последующий рост плода, формирование злокачественных опухолей, развитие иммунного ответа и т.д. Таким образом, переоценить свойства гиалуроновой кислоты, необходимые для нормального функционирования органов и тканей на клеточном уровне, просто невозможно.

В организме человека с массой тела 70 кг постоянно имеется около 15 граммов гиалуроновой кислоты. Причем ежедневно примерно 1/3 от общего количества гиалуроновой кислоты, находящейся в различных органах и тканях, расщепляется и утилизируется, а вместо нее образуются новые молекулы. Время полужизни молекул гиалуроновой кислоты в составе суставной смазки составляет от 1 до 30 недель, в эпидермисе и дерме – 1 – 2 дня, а в крови – несколько минут. С возрастом организм теряет способность синтезировать гиалуроновую кислоту в необходимом количестве, вследствие чего начинается процесс старения. Именно поэтому для замедления старения людям зрелого возраста необходимо получать гиалуроновую кислоту извне, с продуктами питания или с биологически активными добавками (БАДами).

Для применения в медицине и эстетической индустрии гиалуроновую кислоту получают в промышленных масштабах из двух видов сырья:
1. Ткани позвоночных животных;
2. Бактерии, образующие защитную капсулу из молекул гиалуроновой кислоты (например, гемолитические стрептококки типов А и В).

Для получения гиалуроновой кислоты наиболее часто используют следующие ткани позвоночных животных, которые содержат наибольшие количества данного вещества:

• Гребни петухов;
• Стекловидное тело глаза;
• Синовиальная жидкость суставов;
• Гиалиновый хрящ;
• Пупочный канатик;
• Эпидермис и дерма кожи;
• Амниотическая жидкость.

Оптимальным сырьем для получения гиалуроновой кислоты являются гребни половозрелых кур и петухов.

Бактерии для получения гиалуроновой кислоты используются следующим образом – необходимый штамм помещают на питательную среду и обеспечивают ему идеальные условия для размножения. Когда питательная среда становится вязкой, это означает, что бактерии выработали достаточно большое количество гиалуроновой кислоты, которую нужно только выделить и очистить от примесей.

Гиалуроновая кислота, выделяемая из животного сырья и бактерий, имеет существенный недостаток – она содержит примеси белков и пептидов, которые невозможно удалить полностью даже после специальной обработки. Данные белки и пептиды могут провоцировать аллергические реакции у людей, что суживает сферу применения гиалуроновой кислоты.

Готовая гиалуроновая кислота выпускается фармацевтическими заводами в виде порошков и гранул, содержащих молекулы с различной массой. Данные порошки используют для приготовления растворов, которые затем вносят в состав кремов, масок, лекарственных препаратов и т.д. Перед применением готовые растворы гиалуроновой кислоты стерилизуют в автоклавах.

Биологическая роль гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота является полисахаридом с высокой степенью гидратированности (связанности с водой) и входит в состав межклеточного матрикса, благодаря чему обладает весьма разнообразными функциями и принимает участие в процессах размножения, миграции, узнавания и дифференцировки клеток различных органов и тканей.

В зависимости от количества и размеров молекул гиалуроновой кислоты в межклеточном матриксе формируются гели различной степени вязкости, которые в дальнейшем определяют свойства и функции тканей, органов, систем. Так, гели, образованные гиалуроновой кислотой, определяют количество воды в ткани, интенсивность обмена ионами в клетках (калия, натрия, магния, цинка и др.), скорость транспорта различных биологически активных веществ и токсинов, непроницаемость среды для молекул крупного размера и клеток и т.д.

Способность гиалуроновой кислоты делать какой-либо участок гелевой среды межклеточного матрикса непроницаемым для крупных молекул обеспечивает тканям защиту от токсинов и проникновения микробов (бактерий, простейших и грибков).

Общие сведения
Во всех тканях организма встречается гиалуроновая кислота. Это вещество является основным составляющим соединительной ткани. Другое его название – гиалуронат или гиалуронан.

Название веществу было присвоено в 30-х годах прошлого столетия учеными Палмером и Мейером. Они выделили это вещество из прозрачной субстанции, заполняющей пространство между сетчаткой глаза и хрусталиком (стекловидное тело).

Гиалуронат входит в состав внеклеточного вещества, кожи, синовиальной жидкости, хрящевой ткани, и даже пуповины. Основная способность этого вещества – это связывание жидкости, за счёт чего кожа является упругой. Гиалуронат связывает массу воды, в тысячу раз больше собственной массы. Это свойство называется «гигроскопичность». К примеру, глицерин, являющийся популярным увлажняющим веществом, применяющимся в косметологии, имеет гигроскопичность намного ниже, чем у гиалуроната.

Когда вода «связывается» гиалуронатом, то становится по консистенции желеобразной. Это позволяет коже не высохнуть при низкой атмосферной влажности. Вместе с лубрицином, гиалуронат является составляющим биологической смазки. В организме человека, весящего около 70 кг, находится примерно 15 г гиалуроната.

Основное применение гиалуронат находит в косметологии. Это вещество сохраняет кожу от обезвоживания при интенсивном ультрафиолетовом излучении; при разрушительном действии поверхностно-активных веществ (мыла, шампуни, гели).

При травматизации рогового слоя кожи, гиалуронат задерживает на некоторое время в ней жидкость, пока в эпидермисе происходят восстановительные процессы.

Данное вещество, при взаимодействии с косметическими средствами, позволяет им лучше впитываться и проникать в эпидермис.

Возрастные изменения негативно влияют на водный баланс кожи, вследствие чего она становится сухой. Это происходит из-за общего ухудшения кровообращения, и из-за нарушения синтеза гиалуроновой кислоты в эпидермисе и дерме.

В организме это вещество присутствует в виде натриевой соли (гиалуроната натрия). Гиалуронат отвечает за образование внеклеточного вещества и заполнение ним пространства между клетками, и является механической защитой клеток. Долгое время
учёные считали это вещество неспецифичным и не имеющим особого значения для регуляции клеточного метаболизма.