История открытия и терминология

Гиалуроновая кислота по формуле относится к гликозаминогликанам, молекулы которых состоят из повторяющихся звеньев, не содержащих сульфатных групп. Впервые это высокомолекулярное соединение было выделено из стекловидного тела крупного рогатого скота. Сначала ученые предполагали, что вещество характерно только для млекопитающих.

Общеупотребительное название вещества связано с историей его открытия (англ. «hyaloid» – стекловидный, «uronic acid» – уроновая кислота). В международной химической терминологии существует также название «гиалуронан», которое объединяет кислоту и ее соли. Химическая формула гиалуроновой кислоты имеет вид: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.

В настоящее время спектр ее применения очень широк: медицина, косметология, фармация. Гиалуроновая кислота используется в качестве основного и вспомогательного вещества. Свойства соединения, открытые в последние годы, имеют большие перспективы для использования в будущем, поэтому спрос на данный биополимер постоянно растет.

Роль гиалуроновой кислоты в организме

Гиалуроновая кислота обладает замечательными свойствами. Самое важное и ценное качество – это способность связывать и удерживать воду. Известно, что одна молекула гиалуроновой кислоты связывает 500 молекул воды. Также она обладает так называемым «эффектом памперса» – способностью не отдавать влагу из кожи.

Будучи важным компонентом внеклеточного матрикса, гиалуронат обеспечивает жизнедеятельность клеток, заполняя пространство между ними. Гиалуроновая кислота принимает участие в процессе пролиферации (разрастание ткани путем деления клеток), обеспечивает транспортировку кислорода, лимфоцитов и других молекул крови и питательных веществ к месту повреждения тканей и очагов воспаления.

Но мало кто знает, что, помимо своих чудодейственных качеств, гиалуронат играет важную роль в процессе миграции злокачественных опухолей и диффузии стрептококковой инфекции. По этой причине избыток гиалуроновой кислоты также опасен, как и ее недостаток: все зависит от процессов, которые происходят в организме.

Производство гиалуроновой кислоты в организме может ускоряться или замедляться, ее количество может увеличиваться или уменьшаться, и это отнюдь не связанно с возрастом. Косметологи привыкли считать, что дефицит гиалуроновой кислоты в организме служит неким показателем старения кожи, который позволяет назначать препараты на ее основе в качестве лечения и профилактики возрастных изменений кожи. Но это не так.

Основное местонахождение гиалуроновой кислоты – состав межклеточного (или внеклеточного) матрикса тканей млекопитающих. Как показывают научные исследования, она имеется также в капсулах некоторых бактерий – стрептококков, стафилококков и других паразитарных микроорганизмов. Синтез соединения происходит и в организме беспозвоночных животных (простейшие, членистоногие, иглокожие, черви).

Ученые предполагают, что способность к выработке гиалуроновой кислоты в бактериях сформировалась эволюционно, для повышения их вирулентных свойств в организме хозяина. Благодаря ее наличию микроорганизмы могут легко проникать через кожу и колонизировать ее. Такие бактерии-паразиты способны нейтрализовать иммунный ответ хозяина и провоцируют развитие более активного воспалительного процесса, чем другие штаммы микробов.

Гиалуроновая кислота продуцируется белками, которые встроены в клеточную оболочку или мембраны внутриклеточных органелл. Наибольшая концентрация вещества в теле человека отмечается в жидкости, заполняющей полости суставов, в пуповине, стекловидном теле глаза и коже.

Коллаген и гиалуроновая кислота в составе кожи человека являются самыми ценными веществами, от которых зависит упругость и гладкость дермы. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ выполняет следующие функции:

  • сохранение воды, что обеспечивает эластичность кожного покрова и его тургор;
  • создание необходимой степени вязкости межклеточной жидкости;
  • участие в размножении основных и иммунокомпетентных клеток эпидермиса;
  • поддержание роста и восстановления поврежденных участков кожи;
  • укрепление волокон коллагена;
  • усиление местного иммунитета;
  • защита от влияния свободных радикалов, химических и биологических агентов.

Наибольшая концентрация данного вещества наблюдается в коже эмбриона. При старении большая часть кислоты связывается белками, из-за чего падает уровень гидратации кожного покрова. Особенно сильно снижается способность к саморегулированию обмена у людей старше 50 лет.

Гиалуроновая кислота из чего делается

Определены также следующие свойства гиалуроновой кислоты в составе синовиальной жидкости:

  • формирование гомогенной структуры для удержания специфического компонента хрящевой ткани – хондроитина сульфата;
  • укрепление коллагенового каркаса хряща;
  • обеспечение смазки подвижных частей суставов, уменьшение их износа.

Биологическая роль молекул кислоты отличается в зависимости их молекулярной массы. Так, соединения, в составе которых содержится до 1500 мономеров оказывают противовоспалительный эффект и принимают активное участие в построении коллагеновой сети. Полимеры с цепочкой до 2000 мономеров играют роль в поддержании гидробаланса, а высокомолекулярные соединения обладают наиболее яркими антиоксидантными свойствами.

Гиалуроновая кислота также участвует в формировании и развитии эмбриона, в управлении клеточной подвижностью – миграции клеток из одного места в другое, в некоторых взаимодействиях с поверхностными рецепторами клеток.

Строение

Формула гиалуроновой кислоты представляет собой типичный анионный полисахарид. Молекулы соединены в длинные линейные цепочки. У родственных веществ – глюкозоаминогликанов – имеется большое количество сульфатированных групп. Этим объясняется образование разнообразных изомеров – соединений, отличающихся по пространственному расположению атомов.

В состав гиалуроновой кислоты входят D-глюкуроновая кислота и N-ацетил-D-гликозамин, которые соединены между собой бета-гликозидной связью и формируют ее дисахаридные звенья (глюкопиранозные кольца, имеющие молекулярную массу около 450 Да). Их количество в молекулах данного соединения может достигать 25 000. Благодаря этому кислота имеет высокую молекулярную массу (5 000-20 000 000 Да).

Структурная формула дисахаридного фрагмента гиалуроновой кислоты показана на рисунке ниже.

Гиалуроновая кислота из чего делается

В составе кислоты имеются гидрофобные и гидрофильные участки, благодаря чему это высокомолекулярное соединение в пространстве имеет вид закрученной ленты. Совокупность нескольких цепей образуют клубок рыхлого строения. Способность связывать и удерживать до 1000 молекул воды является еще одной особенностью формулы гиалуроновой кислоты.

Предлагаем ознакомиться  Коллаген или гиалуроновая кислота что выбрать

Мы ее теряем. Причины?

Со временем процесс распада гиалуроновой кислоты в организме преобладает над ее синтезом. По какой причине это происходит? Как это ни странно, но вопреки доминирующему убеждению, вовсе не возраст играет господствующую роль в этом процессе. Главная причина – это повреждение кожи ультрафиолетовым облучением типа А и В. Под пагубным действием УФ-излучения происходит повреждение клеток кожи и уменьшение синтеза гиалуроновой кислоты.

Одновременно с уменьшением гиалуроновой кислоты в организме, усиливаются процессы ее распада, при этом продукты распада накапливаются и выводятся из кожи очень медленно. На самом деле, данный процесс является защитной реакцией организма, так как УФ-излучение является главной причиной канцерогенеза, а гиалуронат принимает участие в миграции и отсеивании опухолевых клеток.

Второй важный фактор, способствующий деградации гиалуроновой кислоты – фермент гиалуронидаза. Гиалуронидаза расщепляет гиалуроновую кислоту, и этот процесс происходит непрерывно. Основная часть гиалуроната распадается и восстанавливается  вновь в течение суток. Полное обновление всего объема гиалуроновой кислоты происходит в течение 3-4 дней. И это предполагает распад и новый синтез гиалуроната во всех тканях организма. Причиной распада может быть:

  • возраст;
  • ультрафиолетовое излучение;
  • несбалансированное питание;
  • вредные привычки (никотин, алкоголь);
  • психоэмоциональное состояние;
  • прием определенных лекарственных средств.

Эти причины влияют не только на количество синтезированной гиалуроновой кислоты, но и на ее структуру. Снижение количества гиалуроновой кислоты способствует уменьшению воды в составе некоторых клеточных структур и появлению первых признаков старения.

К тому же естественные возрастные процессы могут привести к увеличению объема гиалуроновой кислоты в дерме, что может стать причиной межклеточного отека, с одной стороны, и обезвоживанию поверхностных слоев кожи, с другой стороны.

Все эти процессы сказываются негативно на состояние кожи. Она становится сухой, дряблой, теряет эластичность и упругость, на ней образуются многочисленные морщины. И как результат: отражение в зеркале совсем не радует и становится источником огорчения.

Химические свойства

Гиалуроновая кислота обладает следующими характерными химическими свойствами:

  • формирование большого количества водородных связей;
  • создание кислой реакции среды в водных растворах из-за наличия депротонированной карбоксильной группы;
  • образование растворимых солей с щелочными металлами;
  • формирование в водном растворе прочной гелевой структуры (псевдогеля), содержащей значительное количество влаги (белковые комплексы при этом часто выпадают в осадок);
  • создание нерастворимых комплексов с тяжелыми металлами и красителями.

Внешне водные растворы вещества напоминают по консистенции яичный белок. Структурная формула гиалуроновой кислоты позволяет принимать ей несколько форм, в зависимости от ионного окружения среды:

  • левая одинарная спираль;
  • многонитевые плоские структуры;
  • двойная спираль;
  • сверхспирализованные структуры с плотной молекулярной сеткой.

Последняя форма является третичной и способна поглощать большой объем воды, электролитов, высокомолекулярных белков.

Косметология

В косметологии это соединение используется для коррекции возрастных изменений. Благодаря тому, что структура кислоты сходна для всех живых организмов, она является подходящей для применения в качестве дермального филлера (инъекций), особенно вокруг глаз. Для того чтобы вещество дольше сохранялось в эпидермисе, производят его модификацию с помощью молекул-сшивок (кросслинкеров). «Сшитые» филлеры отличаются друг от друга по вязкости геля, концентрации кислоты, продолжительности рассасывания в коже.

Инъекции вводятся внутри- или подкожно в виде 1-3% водного раствора. Это способствует повышению эластичности и упругости тканей, заметному разглаживанию морщин.

C₂₈H₄₄N₂O₂₃ добавляют также в состав наружной косметики – гелей, пенок, кремов и других базовых средств. Гиалуроновая кислота в составе обозначается как hyaluronic acid (а гиалуронат натрия – sodium hyaluronate). Данный вид косметической продукции имеет те же свойства, что и филлеры – предотвращает образование морщин, угрей, способствует насыщению кожи влагой.

В косметологии используются два промышленных вида гиалуроновой кислоты:

  • животного происхождения;
  •  на основе биотехнологического синтеза.

Долгое время в косметологии применяли гиалуроновую кислоту животного происхождения. Ее получали путем размельчения органов животных (гребней зрелых петухов, пупочных канатиков)  в результате двухфазовой отчистки. В таком препарате сохранялись белки и пептиды животного, что способствовало развитию аллергических реакций и отторжению препарата.

Организм позиционировал эту форму гиалуроната как чужеродное вещество и запускал реакцию по устранению чужака. Все это, естественно, влияло на эстетический результат процедуры. И вместо долгожданного омоложения, прибавлялись лишние хлопоты по устранению возникших осложнений. В наши дни гиалуроновая кислота животного происхождения почти не используется.

Но наука не стоит на месте. Создаются новые технологии и препараты, способные полностью минимизировать побочные эффекты, осложнения и риски. Поэтому сейчас в косметологии используют гиалуроновую кислоту, полученную путем биохимического синтеза.

Предлагаем ознакомиться  Гиалуроновый крем увлажняющий для кожи лица и шеи: как действует и как выбрать крем с гиалуроновой кислотой?

Для этих целей используют бактериальные культуры, а конкретно стрептококки, выращенные на растительной основе (пшеничном бульоне). Этот метод базируется на способности некоторых микроорганизмов синтезировать гиалуроновую кислоту. Биохимический метод позволяет добиться большого количества вещества с нужным молекулярным весом и с приемлемой структурой.

Гиалуроновая кислота из чего делается

Непосредственно в филлерах употребляется:

  • стабилизированная (нативная, натуральная);
  • нестабилизированная (химически модифицированная).

Действие гиалуроновой кислоты напрямую зависит от ее вида. Каждый вид обладает своими преимуществами и своими эффектами. Большое значение имеет степень очистки препарата. Некоторые препараты на основе гиалуроната содержат дополнительные вещества в виде витаминов, аминокислот, биологические активных веществ.

Препараты на основе стабилизированной гиалуроновой кислоты долго хранятся в коже, составляют основу препаратов гидрорезерва и запускают регенеративные процессы в дерме.

Молекула гиалуроновой кислоты очень чувствительна. Она остро реагирует на химическую модификацию: термическую или механическую. По этой причине следует правильно сохранять ее в процессе химических реакций. Стабилизированная гиалуроновая кислота получается методом биохимического синтеза, затем следует процесс сшивания, который называется стабилизацией (формирование пересекающихся сшивок между молекулами гиалуроновой кислоты).

Молекулы гиалуроновой кислоты подвергаются сшиванию в целях предотвращения их быстрой деградации. Такая гиалуроновая кислота демонстрирует долгие клинические эффекты при ее внедрении в кожу. После сшивания полученные гели проходят очистку, которая представляет собой очень кропотливый процесс и является решающим фактором при ценообразовании препаратов стабилизирующей гиалуроновой кислоты.

В зависимости от уровня стабилизации производятся гели различной вязкости для устранения разнообразных эстетических проблем: мало стабилизированные – для устранения мелких морщин, более стабилизированные и более вязкие – для коррекции носогубных складок и восстановления утраченных объемов.

Стабилизированная гиалуроновая кислота используется в контурной практике и при армировании лица, так как этот вид гиалуроната хорошо держит объем. То есть, когда надо восполнить утраченные объемы, например, щек, вытолкнуть носогубные складки извне, смоделировать контур лица и заполнить провалы на лице, используется стабилизированная гиалуроновая кислота.

Нестабилизированная гиалуроновая кислота употребляется в мезотерапии и биоревитализации для гидратации тканей и улучшения эластичности кожи.

Отличия гиалуроновой кислоты различного происхождения

Гиалуроновая кислота из чего делается

Как уже указывалось выше, структура данного вещества имеет большое сходство вне зависимости от источника его получения. Различием между кислотами бактериального и животного происхождения является степень их полимеризации. Формула гиалуроновой кислоты, полученной из животных источников, обладает большей длиной по сравнению с бактериальной формой (4 000-6 000 и 10 000-15 000 мономеров соответственно).

Растворимость в воде у этих веществ одинакова и зависит в основном от наличия гидроксильных и солевых групп в дисахаридных остатках. Так как химическая структура кислоты по своей сути сходна у всех живых особей, это сводит к минимуму риск негативных иммунологических реакций и отторжения при ее введении в организм человека и животных.

Инъекционные методы на основе гиалуроновой кислоты

Инъекционные методы и техники на основе препаратов с гиалуроновой кислотой дают фантастические результаты. Но не всякая гиалуроновая кислота способствует улучшению кожных характеристик. Для того чтобы запускались механизмы регенерации в дерме необходимо соблюдение нескольких условий:

  1. Гиалуронат должен быть стабилизированным (натуральным, нативным).
  2. Молекулярная масса гиалуроната должна превышать 1 млн Дальтон.
  3. Концентрация гиалуроновой кислоты в препарате должна превышать 15 мг на миллилитр.
  4. Гиалуроновая кислота должна быть вязкой консистенции.

Если не соблюдаются эти условия, то фибробласты не активизируются и процесс омоложения не запускается.

Препараты на основе гиалуроновой кислоты используются в следующих инъекционных  методиках:

  • биоревитализация;
  • мезотерапия;
  • биорепарация;
  • редермализация;
  • контурная пластика;
  • биоармирование.

Биоревитализация – самая востребованная и эффективная процедура в косметологии. Она основывается на введение гиалуроновой кислоты в средние слои кожи. Используется во всех случаях возрастного увядания кожи, при лечении акне и послеродовых растяжек.

Мезотерапия – введение гиалуроновой кислоты и коктейлей на ее основе методом множественных инъекций.

Биорепарация – введение гиалуроновой кислоты с витаминами, аминокислотами и пептидами.

Редермализация – введение инъекций гиалуроновой кислоты и сукцината натрия (производное янтарной кислоты).

Контурная пластика – восполнение утраченных объемов с помощью гиалуронового геля.

Биоармирование лица – восстановление контурного очертания овала лица гиалуроновым биогелем.

Противопоказание к применению гиалуроновой кислоты

Несмотря на то, что гиалуроновая кислота синтезируется нашим организмом, а модифицированные препараты на ее основе обладают высокой степенью отчистки, все же бывают случаи отторжения препарата и возникновения аллергических реакций. Это обусловлено тем, что невозможно полностью очистить полученный препарат от содержания чужеродных белковых примесей. Именно эти примеси вызывают нежелательные побочные действия и осложнения.

Также дополнительное внедрение гиалуроновой кислоты в организм может вызвать непредвиденные последствия, так как она играет большую роль в миграции злокачественных опухолей и распространении различных инфекций. Существует ряд серьезных противопоказаний, которые необходимо учитывать. Не следует использовать препараты на основе гиалуроновой кислоты в случаях:

  • аутоиммунных и онкологических заболеваний;
  • инфекционных и хронических заболеваний в стадии обострения;
  • беременности и лактации;
  • воспаления кожи на лице;
  • индивидуальной непереносимости к препарату.

Несоблюдение данных предостережений может привести к тяжелым последствиям.

Обмен веществ

Синтез гиалуроновой кислоты проходит в виде ферментативных реакций в 3 этапа:

  1. Глюкозо-6-фосфат – глюкозо-1-фосфат (фосфорилированная глюкоза) – УДФ-глюкоза – глюкуроновая кислота.
  2. Аминосахар – глюкозамин-6-фосфат – N-ацетилглюкозамин-1-фосфат– УДФ-N-ацетилглюкозамин-1-фосфат.
  3. Гликозидтрансферазная реакция с участием фермента гиалуронатсинтетазы.
Предлагаем ознакомиться  Как применить гиалуронат цинка в мезотерапии?

В сутки в организме человека вырабатывается и распадается примерно 5 г этого вещества. Общее количество кислоты составляет порядка семи тысячных процента по массе. У позвоночных животных синтез кислоты происходит под влиянием 3 типов белков-ферментов (гиалуронат-синтетаз). Они представляют собой металлопротеины, состоящие из катионов металлов и глюкозидфосфатов. Гиалуронат-синтетазы являются единственными ферментами, катализирующими выработку кислоты.

Процесс разрушения молекул C₂₈H₄₄N₂O₂₃ происходит под действием гиалуронатлитических ферментов. В организме человека их насчитывается не менее семи, а некоторые из них подавляют процессы опухолеобразования. Продуктами распада гиалуроновой кислоты являются олиго- и полисахариды, которые стимулируют образование новых кровеносных сосудов.

Гиалуроновая кислота – правда и вымысел

Любое чудодейственное вещество вызывает массу споров и толков, в которых очень мало правды, но много вымысла. Излишне впечатлительные натуры приписывают гиалуроновой кислоте то волшебные и магические свойства, то везде ищут подвох и скрытые заговоры. Рассмотрим некоторые устоявшиеся мифы.

Миф первый: инъекции с гиалуроновой кислотой вызывают привыкание.

Это неверно. «Подсесть на иглу» можно только с психологической точки зрения. Когда пациент употребляет эффективные косметические препараты, он замечает, как улучшается его внешний вид. Это состояние ему нравится, поднимается его самооценка, он начинает к нему привыкать. Возрастает желание выглядеть все лучше и лучше. Но это никак не связано с гиалуроновой кислотой. Гиалуроновая кислота в кремах действует только на поверхностный слой эпидермиса.

В инъекциях гиалуроновая кислота стимулирует собственные клетки, возвращая их к естественным процессам, которые они успели подзабыть по мере взросления кожи. А по истечении срока действия гиалуроновая кислота распадается в организме и полностью исчезает. Она никак не может вызвать зависимость.

Миф второй: большая молекулярная масса гиалуроновой кислоты не позволяет ей проникать в кожу.

Отчасти верно. Если речь идет о косметических препаратах в виде кремов, эмульсий, сывороток, то так и есть. Эти препараты призваны «работать» в верхних слоях эпидермиса. Они не являются лекарством и не должны проникать сквозь кожный барьер. Но дело в том, что ученые давно научились дробить молекулу гиалуроновой кислоты и создавать ее низкомолекулярные формы. Низкомолекулярная гиалуроновая кислота, содержащаяся в креме, вполне способна проникать в кожу.

Гиалуроновая кислота из чего делается

 Миф третий: гиалуроновая кислота в инъекциях способствует повышению внутриглазного давления.

Гиалуроновая кислота входит в состав многих биологических жидкостей, она является компонентом нашего организма, присутствует во многих органах, в частности входит в состав стекловидного тела. Впервые в истории гиалуроновая кислота стала употребляться в офтальмологии. По этой причине она никак не может повышать внутриглазное давление.

Миф четвертый: уколы красоты с ботулином и гиалуроновой кислотой – это одно и то же.

Получение

Различают 2 основные группы способов получения вещества:

  • Физико-химические (извлечение из тканей млекопитающих, позвоночных животных и птиц). Так как в животном сырье кислота часто содержится в комплексе с белками и другими полисахаридами, то требуется тщательная очистка полученного продукта, что влияет на себестоимость конечного препарата. Для получения кислоты в промышленных масштабах применяют пуповину новорожденных детей и гребни домашних кур. Существуют и другие способы экстракции – из глаз крупного рогатого скота, жидкости, заполняющей полости суставов и суставных сумок; плазмы крови, хрящей, свиной кожи.
  • Микробные методы, на основе бактерий, культивируемых в питательной среде. Основными продуцентами являются бактерии Pasteurellamultocida и Streptococcus. Эти методы впервые были опробованы в 1953 г. Они являются более экономичными, а также не зависят от сезонных поставок сырья.

В первом случае биологические материалы разрушают методами измельчения и гомогенизации, а затем извлекают кислоту в смеси с пептидами посредством воздействия органическими растворителями. Полученную массу обрабатывают ферментами или удаляют белки путем денатурации с помощью хлороформа или смеси этанола с амиловым спиртом.

Использование в медицине

Гиалуроновая кислота применяется при следующих патологиях:

  • офтальмология – катаракта; использование в качестве хирургической среды во время операций;
  • ортопедия – остеоартрит, защита суставногохряща от разрушения, а также для стимуляции его восстановления (эндопротезы синовиальной жидкости);
  • хирургия – увеличение объема мягких тканей, операции с обширным иссечением хрящевой ткани;
  • фармацевтика – изготовление лекарств на базе полимерной структуры соединения (таблетки, капсулы, кремы, гели, мази);
  • пищевая промышленность – спортивное питание;
  • гинекология – противоспаечные средства;
  • дерматология – лечение ожогов, посттромботических трофических нарушений кожи.

Согласно прогнозам ученых, это вещество может стать основой для новой группы препаратов для лечения онкологических заболеваний.

Гиалуроновая кислота из чего делается

Перспективными являются также другие свойства кислоты:

  • антимикробный, противовирусный эффект (соединение активно в отношении вируса герпеса и других);
  • улучшение микроциркуляции крови;
  • противовоспалительный эффект;
  • пролонгированное действие (постепенное растворение в тканях человека).

Витамины

Гиалуроновая кислота в составе витаминов применяется в виде очищенного гиалуроната натрия, являющегося ее аналогом. Основное назначение вещества – сохранение молодости кожи, ее увлажнение, заживление ран. Для улучшения усвоения в состав витаминных комплексов вводят аскорбиновую кислоту.

Ведутся также исследования по разработке лекарственных препаратов и БАД с противовоспалительным и иммуномодулирующим действием, которые можно будет применять во многих отраслях человеческой деятельности.