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, образующих 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).

Удержание большого количества воды гиалуроновой кислотой создает эффекты несжимаемости и набухания, на основе которых реализуется эффективное противостояние различным механическим воздействиям, направленным на сдавление тканей и органов. Благодаря этому органы и ткани сохраняют свою форму и не поддаются сдавливанию, а, следовательно, и травматизации. Именно благодаря этому эффекту гиалуроновой кислоты мы можем, например, сдавливать кожу пальцами, не повреждая ее структур.

Вязкость суставной жидкости, создаваемая гиалуроновой кислотой, позволяет ей выступать в роли смазки для трущихся хрящевых поверхностей двух сочленяющихся костей, а также уменьшать негативное воздействие избыточного давления.

Именно водный раствор гиалуроновой кислоты является наполнителем стекловидного тела глаза, а также составной частью других структур данного органа. Гиалуроновая кислота очень важна для нормальной работы глаза, поскольку ее растворы прозрачны и стабильны, что и создает необходимую среду для прохождения луча света на сетчатку без каких-либо искажений.

Гиалуроновая кислота играет огромную роль в оплодотворении яйцеклетки. Дело в том, что выходя из яичника в период овуляции, яйцеклетка покрыта двумя защищающими ее структурами, которые называются блестящая оболочка (zonapellucida) и лучистый венец (coronaradiata). И блестящая оболочка, и лучистый венец в межклеточном матриксе содержат большое количество гиалуроновой кислоты, благодаря которой они, собственно, и существуют. Яйцеклетка способна к оплодотворению только до тех пор, пока ее лучистая корона и блестящая оболочка полностью целы. Как только лучистая корона разрушится в маточной трубе, яйцеклетка потеряет способность к оплодотворению и погибнет. Таким образом, при недостатке гиалуроновой кислоты в организме даже здоровые и полноценные яйцеклетки могут быть бесполезными, поскольку они быстро погибают в маточной трубе, будучи не способными к оплодотворению сперматозоидами.

Кроме того, после оплодотворения остатки блестящей оболочки с гиалуроновой кислотой предотвращают прилипание уже плодного яйца к стенкам маточной трубы, что является механизмом профилактики внематочной беременности.

Гиалуроновая кислота также играет огромную роль в последующем после оплодотворения росте плода. Дело в том, что целые молекулы и фрагменты гиалуроновой кислоты запускают процесс деления, миграции и созревания клеток в плодном яйце, а также формирования из них органов и систем.

Внутри клеток гиалуроновая кислота принимает участие в процессе деления, то есть, необходима для размножения и образования новых клеточных элементов взамен старых или поврежденных. Благодаря этому эффекту гиалуроновая кислота стимулирует процесс восстановления повреждений в органах и тканях. Например, при переломах костей именно гиалуроновая кислота стимулирует быстрое срастание фрагментов. Стимуляция процессов репарации происходит не только за счет активации клеточного деления, но и за счет способности гиалуроновой кислоты активировать рост кровеносных сосудов, которые необходимы вновь формирующейся ткани. К сожалению, способность гиалуроновой кислоты стимулировать рост кровеносных сосудов может играть и негативную роль, например, при росте злокачественной опухоли. Ведь чем быстрее образуются новые сосуды, питающие опухоль, тем быстрее она увеличивается в размерах, и тем скорее дает метастазы.

Также гиалуроновая кислота является компонентом врожденного иммунитета, которым обладает каждый человек с момента рождения. В коже и соединительной ткани гиалуроновая кислота выполняет целый ряд очень важных функций благодаря тому, что поддерживает нити коллагена и эластина в нормальном положении и состоянии. Так, данная молекула защищает кожу, предотвращая проникновение патогенных микробов с ее поверхности вглубь при наличии повреждений (ранки, царапины и т.д.). Кроме того, гиалуроновая кислота поддерживает гидробаланс дермы и эпидермиса, уменьшая испарение воды и одновременно способствуя притягиванию и удержанию на поверхности кожи влаги из воздуха. Благодаря подобным свойствам гиалуроновая кислота увлажняет кожу, а также делает ее гладкой и эластичной, предотвращая повреждения, истончение и иссушение, и, тем самым, замедляя старение.

Обобщая вышесказанное, можно резюмировать, что все разновидности гиалуроновой кислоты обладают следующими свойствами:

• Поддерживает и восстанавливает нормальную степень гидратации (увлажненности) кожного покрова;
• Улучшает эластичность тканей, в том числе кожи;
• Нормализует тонус тканей, в том числе кожи;
• Улучшает микроциркуляцию;
• Ускоряет процесс обновления клеток во всех тканях, в том числе в коже;
• Купирует воспаление и устраняет отек кожи.

Однако описанные эффекты в полной мере присущи не всем разновидностям гиалуроновой кислоты. Так, высокомолекулярные виды гиалуроновой кислоты обладают одними эффектами, а низко- и среднемолекулярные – другими.

Низкомолекулярные разновидности гиалуроновой кислоты, имеющие массу менее 30 кДа, обладают следующими свойствами:

• Проходят сквозь барьеры, образованные мембранами клеток, вследствие чего могут проникать с поверхности кожи в глубокие слои дермы;
• Стимулируют рост лимфатических и кровеносных сосудов;
• Улучшают микроциркуляцию и питание кожи.

Среднемолекулярные разновидности гиалуроновой кислоты, имеющие массу от 30 до 100 кДа, обладают следующими свойствами:

• Ускоряют заживление ран;
• Стимулируют деление клеток;
• Ускоряют миграцию клеток в рану.

Высокомолекулярные разновидности гиалуроновой кислоты, имеющие массу молекул от 500 до 730 кДа, обладают следующими свойствами:

• Подавляют деление и миграцию клеток в область повреждения;
• Не проникают с поверхности кожи в глубокие слои;
• Подавляют рост лимфатических и кровеносных сосудов;
• Купируют воспаление;
• Предотвращают разрушение хрящей.

Сферы применения гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота широко применяется в эстетической сфере и в прикладной медицине в таких областях, как офтальмология, артрология, в онкологии, в заживлении ран и в иммунологии. Рассмотрим способы применения гиалуроновой кислоты в различных сферах.

Гиалуроновая кислота в эстетической сфере

Современную эстетическую медицину и косметологию невозможно представить без гиалуроновой кислоты, поскольку она применяется очень широко. Так, в косметологии гиалуроновая кислота входит в состав различных кремов, сывороток, масок, гелей и других продуктов, предназначенных для увлажнения, омоложения или уменьшения выраженности возрастных изменений кожного покрова.

В эстетической медицине гиалуроновая кислота является наиболее популярным средством, применяющимся для омоложения кожи, а также устранения возрастных изменений и дефектов по типу "минус-ткань", возникших после хирургических вмешательств. Гиалуроновая кислота используется в инъекционных методиках омоложения, таких, как вживление филлеров, биоревитализация и мезотерапия. Широкое применение данного соединения в инъекционных методах эстетической медицины обусловлено рядом факторов: во-первых, введение гиалуроновой кислоты в кожу безопасно, поскольку аллергические реакции на препарат не возникают; во-вторых, имплантат из длинной молекулы "гиалуронки" сохраняется длительное время, то есть, эффект от произведенной процедуры держится от 1 до 1,5 лет. Наконец, инъекции гиалуроновой кислоты просты в производстве и безболезненны.

Таким образом, очевидно, что гиалуроновая кислота является очень важным компонентом современных косметических средств и необходимым веществом для целого ряда методов нехирургического омоложения кожи. Рассмотрим подробнее, каким образом гиалуроновая кислота применяется в косметических продуктах и используется в методах нехирургического омоложения кожи.

Гиалуроновая кислота в офтальмологии

Препараты гиалуроновой кислоты широко применяются в местном и системном лечении заболевания глаз. Так, гиалуроновая кислота входит в состав глазных капель "искусственная слеза", предназначенных для лечения синдрома «сухого глаза» . Также "гиалуронка" применяется для проведения хирургических операций на глазах с целью создания оптимальной операционной среды и предохранения тканей от случайных повреждений.

Гиалуроновая кислота в заживлении ран

Гиалуроновая кислота подавляет воспалительный процесс и активизирует процессы восстановления нормальной структуры тканей, благодаря чему успешно применяется в заживлении ран, ожогов и трофических язв. Для заживления ран гиалуроновую кислоту вводят в специальный перевязочный материал, которым покрывают различные повреждения кожного покрова, и периодически меняют повязки.

Биоэксплантаты с гиалуроновой кислотой (тонкая пленка) применяются для покрытия швов на кишечнике после произведенных оперативных вмешательств, что существенно ускоряет заживление раны и восстановление тканей. Кроме того, биоэксплантаты с гиалуроновой кислотой используются в ходе лапароскопических операций для покрытия петель кишечника с целью предупреждения их случайного травмирования.