Гіалуронова кислота є продуктом тваринного походження, який широко використовується в медицині та косметології. Властивості цієї речовини ще не до кінця вивчені, а її вплив на організм людини перспективний для створення лікарських препаратів нового покоління. Дана сполука бере активну участь у процесах ембріогенезу, поділу клітин, їх диференціації та переміщення в процесі імунної відповіді.
Історія відкриття та термінологія
Гіалуронова кислота за формулою відноситься до глікозаміногліканів, молекули яких складаються з ланок, що повторюються, не містять сульфатних груп. Вперше ця високомолекулярна сполука була виділена зі склоподібного тіла великої рогатої худоби. Спочатку вчені припускали, що речовина характерна лише для ссавців. Однак у 1937 р. це було спростовано – його отримали з рідкого середовища, в якому культивували гемолітичний стрептокок. У 1954 р. у британському загальнонауковому журналі «Nature» було вперше опубліковано структурну формулу гіалуронової кислоти.
Загальновживана назва речовини пов'язана з історією її відкриття (англ. Hyaloid – склоподібний, uronic acid – уроновая кислота). У міжнародній хімічній термінології існує також назва «гіалуронан», яка поєднує кислоту та її солі. Хімічна формула гіалуронової кислоти має вигляд: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Нині спектр її застосування дуже широкий: медицина, косметологія, фармація. Гіалуронова кислота використовується як основна і допоміжна речовина.Властивості сполуки, відкриті останніми роками, мають великі перспективи для використання в майбутньому, тому попит на цей біополімер постійно зростає.
Будова
Формула гіалуронової кислоти є типовим аніонним полісахаридом. Молекули з'єднані у довгі лінійні ланцюжки. У споріднених речовин – глюкозоаміногліканів – є велика кількість сульфатованих груп. Цим пояснюється утворення різноманітних ізомерів – сполук, що відрізняються за просторовим розташуванням атомів. Розрізняються та його хімічні властивості. Гіалуронова кислота, на відміну від глюкозоаміногліканів, завжди хімічно ідентична. Її характеристики не залежать від способів отримання та виду вихідних матеріалів.
До складу гіалуронової кислоти входять D-глюкуронова кислота та N-ацетил-D-глікозамін, які з'єднані між собою бета-глікозидним зв'язком і формують її дисахаридні ланки (глюкопіранозні кільця, що мають молекулярну масу близько 450 Да). Їхня кількість у молекулах даної сполуки може досягати 25 000. Завдяки цьому кислота має високу молекулярну масу (5 000-20 000 000 Так).
Структурну формулу дисахаридного фрагмента гіалуронової кислоти показано на малюнку нижче.
У складі кислоти є гідрофобні та гідрофільні ділянки, завдяки чому ця високомолекулярна сполука у просторі має вигляд закрученої стрічки. Сукупність кількох ланцюгів утворюють клубок пухкої будови. Здатність зв'язувати та утримувати до 1000 молекул води є ще однією особливістю формули гіалуронової кислоти. Біохімія цієї речовини обумовлена в першу чергу його високою гігроскопічності, що забезпечує насичення тканин водою та підтримання внутрішнього обсягу.
Хімічні властивості
Гіалуронова кислота має такі характерні хімічні властивості:
- формування великої кількості водневих зв'язків;
- створення кислої реакції середовища у водних розчинах через наявність депротонованої карбоксильної групи;
- утворення розчинних солей із лужними металами;
- формування у водному розчині міцної гелевої структури (псевдогелю), що містить значну кількість вологи (білкові комплекси при цьому часто випадають в осад);
- створення нерозчинних комплексів з важкими металами та барвниками.
Зовнішньо водні розчини речовини нагадують за консистенцією яєчний білок. Структурна формула гіалуронової кислоти дозволяє приймати їй кілька форм, залежно від іонного оточення:
- ліва одинарна спіраль;
- багатониткові плоскі структури;
- подвійна спіраль;
- надспіралізовані структури із щільною молекулярною сіткою.
Остання форма є третинною та здатна поглинати великий обсяг води, електролітів, високомолекулярних білків.
Відмінності гіалуронової кислоти різного походження
Як зазначалося вище, структура даного речовини має велике подібність незалежно від джерела його отримання. Відмінністю між кислотами бактеріального та тваринного походження є ступінь їхньої полімеризації. Формула гіалуронової кислоти, отриманої з тваринних джерел, має більшу довжину порівняно з бактеріальною формою (4 000-6 000 і 10 000-15 000 мономерів відповідно).
Розчинність у воді у цих речовин однакова і залежить в основному від наявності гідроксильних та сольових груп у дисахаридних залишках.Так як хімічна структура кислоти за своєю суттю подібна у всіх живих особин, це зводить до мінімуму ризик негативних імунологічних реакцій та відторгнення при її введенні в організм людини та тварин.
Роль у природі
Основне місцезнаходження гіалуронової кислоти – склад міжклітинного (або позаклітинного) матриксу тканин ссавців. Як показують наукові дослідження, вона є також у капсулах деяких бактерій – стрептококів, стафілококів та інших паразитарних мікроорганізмів. Синтез сполуки відбувається і в організмі безхребетних тварин (найпростіші, членистоногі, голкошкірі, черв'яки).
Вчені припускають, що здатність до вироблення гіалуронової кислоти в бактеріях сформувалася еволюційно для підвищення їх вірулентних властивостей в організмі господаря. Завдяки її наявності мікроорганізми можуть легко проникати через шкіру та колонізувати її. Такі бактерії-паразити здатні нейтралізувати імунну відповідь господаря та провокують розвиток більш активного запального процесу, ніж інші штами мікробів.
Гіалуронова кислота продукується білками, які вбудовані в клітинну оболонку або мембрани внутрішньоклітинних органел. Найбільша концентрація речовини в тілі людини відзначається в рідині, що заповнює порожнини суглобів, пуповині, склоподібному тілі ока і шкірі.
Обмін речовин
Синтез гіалуронової кислоти проходить у вигляді ферментативних реакцій у 3 етапи:
- Глюкозо-6-фосфат – глюкозо-1-фосфат (фосфорильована глюкоза) – УДФ-глюкоза – глюкуронова кислота.
- Аміносахар – глюкозамін-6-фосфат – N-ацетилглюкозамін-1-фосфат-УДФ-N-ацетилглюкозамін-1-фосфат.
- Глікозидтрансферазна реакція за участю ферменту гіалуронатсинтетази.
За добу в організмі людини виробляється і розпадається приблизно 5 г цієї речовини. Загальна кількість кислоти становить близько семи тисячних відсотка за масою. У хребетних тварин синтез кислоти відбувається під впливом трьох типів білків-ферментів (гіалуронат-синтетаз). Вони є металопротеїни, що складаються з катіонів металів і глюкозидфосфатів. Гіалуронат-синтетази є єдиними ферментами, що каталізують вироблення кислоти.
Процес руйнування молекул C₂₈H₄₄N₂O₂₃ відбувається під дією гіалуронатлітичних ферментів. В організмі людини їх налічується не менше семи, а деякі з них пригнічують процеси пухлиноутворення. Продуктами розпаду гіалуронової кислоти є оліго- та полісахариди, які стимулюють утворення нових кровоносних судин.
Функції в організмі людини
Колаген та гіалуронова кислота у складі шкіри людини є найціннішими речовинами, від яких залежить пружність та гладкість дерми. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ виконує такі функції:
- збереження води, що забезпечує еластичність шкірного покриву та його тургор;
- створення необхідного ступеня в'язкості міжклітинної рідини;
- участь у розмноженні основних та імунокомпетентних клітин епідермісу;
- підтримка росту та відновлення пошкоджених ділянок шкіри;
- зміцнення волокон колагену;
- посилення місцевого імунітету;
- захист від впливу вільних радикалів, хімічних та біологічних агентів.
Найбільша концентрація цієї речовини спостерігається у шкірі ембріона. При старінні більшість кислоти зв'язується білками, через що падає рівень гідратації шкірного покриву. Особливо сильно знижується здатність до саморегулювання обміну у людей віком від 50 років.
Визначено також такі властивості гіалуронової кислоти у складі синовіальної рідини:
- формування гомогенної структури для утримання специфічного компонента хрящової тканини – хондроїтину сульфату;
- зміцнення колагенового каркаса хряща;
- забезпечення змащення рухомих частин суглобів, зменшення їхнього зносу.
Біологічна роль молекул кислоти відрізняється залежно від їх молекулярної маси. Так, сполуки, у складі яких міститься до 1500 мономерів, мають протизапальний ефект і беруть активну участь у побудові колагенової мережі. Полімери з ланцюжком до 2000 мономерів відіграють роль у підтримці гідробалансу, а високомолекулярні сполуки мають найбільш яскраві антиоксидантні властивості.
Гіалуронова кислота також бере участь у формуванні та розвитку ембріона, в управлінні клітинною рухливістю – міграції клітин з одного місця до іншого, у деяких взаємодіях з поверхневими рецепторами клітин.
Отримання
Розрізняють 2 основні групи способів одержання речовини:
- Фізико-хімічні (витяг з тканин ссавців, хребетних тварин та птахів). Так як у тваринній сировині кислота часто міститься в комплексі з білками та іншими полісахаридами, то потрібна ретельна очистка одержаного продукту, що впливає на собівартість кінцевого препарату. Для отримання кислоти у промислових масштабах застосовують пуповину новонароджених дітей та гребені домашніх курей. Існують й інші способи екстракції – з очей великої рогатої худоби, рідини, що заповнює порожнини суглобів та суглобових сумок; плазми крові, хрящів, свинячої шкіри.
- Мікробні методи на основі бактерій, що культивуються в поживному середовищі.Основними продуцентами є бактерії Pasteurellamultocida та Streptococcus. Ці методи вперше були випробувані в 1953 році. Вони є більш економічними, а також не залежать від сезонних поставок сировини.
У першому випадку біологічні матеріали руйнують методами подрібнення та гомогенізації, а потім вилучають кислоту в суміші з пептидами за допомогою дії органічними розчинниками. Отриману масу обробляють ферментами або видаляють білки шляхом денатурації за допомогою хлороформу або суміші етанолу з аміловим спиртом. Після цього проводиться концентрування речовини на активованому куті. Остаточне очищення роблять методами іонообмінної хроматографії або осадженням хлоридом цетилпіридинію.
Використання в медицині
Гіалуронова кислота застосовується при таких патологіях:
- офтальмологія – катаракта; використання як хірургічного середовища під час операцій;
- ортопедія – остеоартрит, захист суглобового хряща від руйнування, а також для стимуляції його відновлення (ендопротези синовіальної рідини);
- хірургія – збільшення обсягу м'яких тканин, операції з великим висіченням хрящової тканини;
- фармацевтика – виготовлення антибіотиків на основі полімерної структури сполуки (таблетки, капсули, креми, гелі, мазі);
- харчова промисловість – спортивне харчування;
- гінекологія – протиспайкові засоби;
- дерматологія – лікування опіків, посттромботичних трофічних розладів шкіри.
Згідно з прогнозами вчених, ця речовина може стати основою нової групи препаратів для лікування онкологічних захворювань.
Перспективними є також інші властивості кислоти:
- антимікробний, противірусний ефект (з'єднання активно щодо вірусу герпесу та інших);
- покращення мікроциркуляції крові;
- протизапальний ефект;
- пролонговану дію (поступове розчинення у тканинах людини).
Вітаміни
Гіалуронова кислота у складі вітамінів застосовується у вигляді очищеного гіалуронату натрію, що є її аналогом. Основне призначення речовини – збереження молодості шкіри, її зволоження, загоєння ран. Для покращення засвоєння до складу вітамінних комплексів вводять аскорбінову кислоту.
Ведуться також дослідження з розробки лікарських препаратів та БАД із протизапальною та імуномодулюючою дією, які можна буде застосовувати у багатьох галузях людської діяльності.
Косметологія
У косметології ця сполука використовується для корекції вікових змін. Завдяки тому, що структура кислоти подібна до всіх живих організмів, вона є придатною для застосування як дермальний філлер (ін'єкції), особливо навколо очей. Для того, щоб речовина довше зберігалася в епідермісі, виробляють його модифікацію за допомогою молекул-сшивок (крослінкерів). «Зшиті» філери відрізняються один від одного за в'язкістю гелю, концентрацією кислоти, тривалістю розсмоктування в шкірі.
Ін'єкції вводяться всередині або підшкірно у вигляді 1-3% водного розчину. Це сприяє підвищенню еластичності та пружності тканин, помітному розгладжуванню зморшок.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ додають також до складу зовнішньої косметики – гелів, пінок, кремів та інших базових засобів. Гіалуронова кислота у складі позначається як hyaluronic acid (а гіалуронат натрію – sodium hyaluronate). Даний вид косметичної продукції має ті ж властивості, що й філери – запобігає утворенню зморшок, вугрів, сприяє насиченню шкіри вологою.
Гіалуронова кислота – це органічна речовина, яка входить до складу сполучної, епітеліальної та нервової тканин. У великій кількості вона міститься в кістках, суглобах, хрящах, волосяних фолікулах та шкірі.
Основне завдання гіалуронової кислоти полягає у підтримці водного балансу всіх тканин організму. Вона забезпечує їх гнучкість і нормальне функціонування рахунок утримування молекул води та його зв'язування у міжклітинному просторі.
При цьому в шкірі присутня майже половина гіалуронової кислоти, де вона, діючи як магніт, зв'язується з водою, уповільнює швидкість її випаровування та допомагає клітинам утримувати вологу.
Всього 1 г гіалуронової кислоти має здатність утримувати до 6 л води.
Завдяки цій властивості гіалуронова кислота захищає клітини від зневоднення, дозволяє шкірі зберігати високий рівень зволоженості, залишатися пружною, здоровою та молодою. Крім того, гіалуронат сприяє відновленню клітин.
Саме тому гіалуронова кислота стала настільки затребуваною в б'юті-сфері і була названа молекулою краси.
Як вона впливає на обличчя?
Гіалуронова кислота перевершує за ефективністю будь-які інші зволожуючі косметичні засоби. Вона відрізняється приголомшливим зволожуючим ефектом за рахунок того, що:
- притягує молекули води та утримує їх;
- перешкоджає випаровуванню вологи шляхом утворення захисної плівки;
- захищає від несприятливих зовнішніх факторів;
- сприяє синтезу еластину та колагену.
Зволожена шкіра – здорова шкіра.
Достатній рівень зволоженості дозволяє процесу відновлення тканин працювати у повному обсязі.
Таким чином, гіалуронат забезпечує:
- інтенсивне зволоження шкіри;
- покращення кольору, сяйво;
- підвищення пружності;
- зменшення шорсткості;
- розгладжування дрібних зморшок;
- уповільнення процесів старіння.
Думка експерта. Для шкіри обличчя гіалуронова кислота використовується у двох цілях: зволоження та контурна пластика. Зволожуючий ефект досягається за допомогою косметичних засобів, що містять гіалуронову кислоту. Контурна пластика – розгладжування зморшок, корекція та зміна обсягів різних зон обличчя – передбачає ін'єкційні методики.
Інші медичні переваги гіалуронової кислоти
Крім відмінного косметичного ефекту у догляді за шкірою гіалуронова кислота має інші медичні показання для використання:
Офтальмологія
Завдяки своєму протизапальному та зволожуючому ефекту гіалуронат натрію зменшує сухість очей, яка може виникнути після операції.
Краплі з гіалуронат натрію корисні в таких процедурах, як:
- хірургія трансплантації рогівки;
- корекція глаукоми;
- вторинна імплантація інтраокулярної лінзи;
- хірургія катаракти.
Ортопедія
Гіалуронова кислота міститься в суглобовій рідині та хрящах. Однак при остеоартриті її рівень у суглобах знижується. Ін'єкції гіалуронату натрію використовуються для лікування суглобових та кісткових захворювань.
Наприклад, при остеоартриті колінного суглоба ліки вводяться безпосередньо в коліно та сприяє зменшенню болю в цій галузі.
Оториноларингологія
Назальний спрей з гіалуронат натрію ефективний для зволоження та регенерації слизової порожнини носових пазух.
Хірургія
Гіалуронат натрію застосовується у комплексному лікуванні ран, трофічних виразок та опіків.
Харчові добавки
Незважаючи на те, що наш організм здатний самостійно виробляти гіалуронову кислоту, є причини задуматися про її поповнення:
- Вік – найвагоміша причина. З віком вироблення гіалуронату в організмі скорочується, починається природний процес старіння.
Думка експерта. Гіалуронова кислота виробляється у достатній кількості віком до 25 років. Потім її синтез уповільнюється, а після 40 організм не може в повному обсязі синтезувати колаген, і процес старіння стає незворотнім. Відповідно, якщо цієї речовини в організмі недостатньо, з'являються перші ознаки старіння – сухість шкіри, зморшки, тьмяний колір обличчя.
Поповнюючи нестачу гіалуронової кислоти, ми тим самим уповільнюємо процеси старіння.
Факт. На один кілограм тіла людини припадає близько 0,2 г гіалуронової кислоти. Тобто при середній вазі 65 кг в організмі міститься лише 14 г гіалуронату, при цьому третина (близько 5 г) щодня розщеплюється та синтезується. - Процес розщеплення гіалуронової кислоти прискорюється під впливом ультрафіолетових променів, а синтез у клітинах шкіри знижується. Тому після тривалого перебування на сонці шкіра стає сухою та зневодненою, процеси старіння прискорюються.
- Витрата гіалуронової кислоти збільшується після різних травм та операцій, оскільки організму необхідне швидке відновлення уражених органів та тканин.
- На вироблення гіалуронової кислоти також впливають шкідливі звички, неправильне харчування, стреси, несприятлива екологія, неякісна вода та інші негативні зовнішні чинники.
Гіалуронова кислота
Як можна заповнити нестачу гіалуронової кислоти в організмі
- Намагайтеся вести здоровий спосіб життя (особливо це стосується куріння та вживання алкоголю). Прекрасний стан шкіри, молодість і краса — чи не привід попрощатися зі шкідливими звичками?
- Дотримуйтесь питного режиму (на добу рекомендовано вживати 35 мл води на 1 кілограм маси тіла).
- Правильно харчуйтеся і не забувайте додавати в раціон продукти, що містять гіалуронову кислоту: м'ясні хрящі та бульйони, банани, бобові, соєві, крупи, а також картопля, буряк та інші овочі, що містять крохмаль. Відновити недолік допоможуть і БАД.
- Грамотно доглядайте свою шкіру (активно зволожуйте косметичними засобами і захищайте від ультрафіолетових променів).
РАДА ЕКСПЕРТА. Для того, щоб шкіра залишалася м'якою, пружною та сяючою, починаючи з 25 років можна включати в щоденний догляд креми та препарати з гіалуроновою кислотою, а після 30 років ще й гіалуронову сироватку. - Косметичні процедури (ін'єкційні методики) – ще один спосіб, але він, безумовно, індивідуальний. Обов'язково знайдіть перевіреного та досвідченого у своїй справі спеціаліста.
Добавки з гіалуроновою кислотою
При нестачі гіалуронової кислоти показаний прийом відповідних добавок. Дослідження показали, що прийом 120-240 мг гіалуронової кислоти на день протягом принаймні одного місяця значно підвищує зволоженість шкіри та зменшує її сухість. БАДи з гіалуроновою кислотою можна приймати, починаючи з 20 років.
Якою має бути гіалуронова кислота
Користь гіалуронової кислоти безпосередньо залежить від її молекулярної маси та концентрації. Діаметр молекули також важливий, оскільки визначає здатність інгредієнта проникати в шкіру.
Молекулярна вага вимірюється у так званих одиницях атомної маси – кілодальтонах, або кДа.Гіалуронова кислота вагою від 50 до 1000 кДа найбільш корисна для шкіри; Оптимальним вважається вага близько 130 кДа. Перевищення цього показника немає якісного значення.
Гіалуронова кислота
Чому саме вага 130 кДа має максимальний ефект.
Вчені оцінили вплив гіалуронової кислоти з різними молекулярними масами на шкіру, включаючи 50, 130, 300, 800 та 2000 кДа. Через місяць після початку застосування зовнішніх препаратів із різною вагою гіалуронату фахівці виявили, що використання 130 кДа було найефективнішим — еластичність шкіри підвищилася на 20 %. Як у групі 50 кДа, так і у групі 130 кДа через 60 днів спостерігалося значне зменшення глибини зморшок та шорсткості шкіри. Решта молекулярних мас також збільшувала еластичність і зволоженість шкіри, але меншою мірою.
З якими компонентами вдало поєднується гіалуронова кислота
Для оптимального догляду за шкірою на додаток до гіалуронової кислоти підійде вітамін С. Ці 2 компоненти доповнюють один одного і сприяють максимальному зволоженню, захисту та відновленню шкіри.
До того ж надто висока концентрація вітаміну С може спричинити подразнення, сухість шкіри і навіть появу прищів, а гіалуронова кислота не тільки заспокоює та відновлює шкіру, допомагаючи створити бар'єр вологи, але виступає чудовим кур'єром доставки вітаміну С до клітин.
Які БАД можна приймати для поповнення нестачі гіалуронової кислоти
Нестачу цієї сполуки в організмі можна також компенсувати за допомогою прийому аналогів у вигляді біологічно активних добавок. Гіалуронат натрію – один з найвідоміших і добре засвоюваних організмом. Він міститься в таблетках «Гіалуронова кислота 150 мг ВІТАМИР Anti-Aging, зволоження шкіри, гнучкість суглобів», тому вони можуть стати додатковим джерелом отримання добової норми гіалуронової кислоти для дорослої людини.