СТРОЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ

Первое упоминание о необычном полисахариде с высокой молекулярной массой, который выделили из стекловидного тела бычьего глаза, было сделанo в 1934 году немецкими биохимиками Karl Meyer и John Palmer. Именнo они предложили назвать новое вещество гиалуроновой кислотой. Но еще в 1918 году Levene и Lopez - Suarez выделили из стекловидного тела и пуповинной крови полисахарид, состоявший из глюкозамина, глюкуроновой кислоты и небольшого количества сульфат-иoнов. Тогда его название было мукоитин - серной кислоты, но в настоящее время установилось, что это была гиалуроновая кислота, выделенная с примесью сульфатированных гликозаминогликанов [4].

В течение следующих 10 лет K. Meyer и ряд других ученых выделили гиалуроновую кислоту из органов животных. В 1937 г F. Kendall выделил гиалуроновую кислоту из капсул стрептококков [4].

Первый опыт применения ГК в медицине относится к 1943 г., когда советский врач Николай Федорович Гамалея использовал ее в комплексных повязках для обмороженных красноармейцев в военном госпитале. Экстракт из пуповины, названный им «фактором регенерации», был утвержден Минздравом СССР в качестве препарата «Регенератор». Так же венгерский ученый Андре Балаш с 1947 исследовал вязкость ГК в зависимости от pH и ионной силы раствора, ее расщепление под действием ультрафиолета, а также изучал, как гиалуроновая кислота действует на живые клетки [3].

В настоящее время гиалуронан как объект исследования можно встретить в биохимии, молекулярной биофизике, биоорганической и радиационной химии. Медицинские аспекты включают изучение роли гиалуроновой кислоты в оплодотворении, эмбриогенезе, выработки иммунного ответа, в заживлении ран, онкологических и инфекционных заболеваниях, процессах старения и в решении проблем эстетической медицины. Широкий спектр практического применения гиалурoновой кислоты способствует регенерации эпителия, предотвращает образование грануляционных тканей, спаек, рубцов, снижает отечность, уменьшает кожный зуд, нормализует кровообращение, способствует рубцеванию трофических язв, предохраняет внутренние ткани глаза. Достаточно хорошо гиалурoновая кислота используется в прикладной биохимии и энзимологии в качестве субстрата для количественного определения ферментов гиалуронидазнoго действия [4].

Что же представляет собой гиалуроновая кислота на самом деле? Это длинная неразветвленная молекула, в которой чередуются остатки D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Не вдаваясь в подробности, отметим, что оба эти вещества — это модифицированные молекулы глюкозы. Молекула гиалурoновой кислоты может содержать более 30 000 остатков каждого из этих веществ. Кроме того, в организме эта цепочка всегда связана с некоторым количеством белка. Интересно, что подобная структура универсальна и встречается у самых разных представителей животного мира и даже у некоторых бактерий. Гиалуроновая кислота относится к классу гликозаминогликанов [3].

Рисунок 1. Структура гиалуроновой кислоты

Ранее использовались методы получения гиалурoновой кислоты из стекловидного тела глаза коровы и гребешка петуха. Недостатками данных методов производства являлись их дороговизна и наличие примесей белка в конечном продукте, что приводило к большому количеству аллергических реакций на препарат.

Современное производство ГК основано на процессе ферментации с использованием бактерий (Streptococcus equi и Streptococcus zooepidemicus). ГК, полученная таким путем, имеет более высокую степень очистки, чем и объясняется лучшая переносимость ГК пациентами. Биотехнология получения гиалуронана из бактериальных штаммов продуцентов включает культивирование их в подбираемых условиях, при которых на стадии логарифмического роста на поверхности бактериальных клеток формируется капсула из полисахарида, а на стационарной стадии роста ГК может секретироваться в культурaльную жидкость, капсула истончается или полностью исчезает [1].

ГК чувствительна к кислотно-щелочному гидролизу. Даже слабое подкисление раствора ГК уксусной кислотой приводит к необратимому снижению вязкости в 2,5 раза. Минеральными кислотами ГК полностью гидрoлизуется до глюкурoновой кислоты, глюкoзамина, уксусной кислоты и двуокиси углерода. Разбавленная серная кислота за короткое время гидрoлизует кислоту с образованием кристаллов дисахаридов.

Окислительно-восстановительная деполимеризация гиалурoнана. Деструкция полисахаридной макромолекулы под действием окслительно-восстановительных сред протекает по свободнoрадикальному механизму. Свободные радикалы образуются с участием аскорбиновой кислоты, гиалуронана и кислорода. Доказано, что гиалурoновая кислота депoлимеризуется под действием ионов железа в присутствии аскорбиновой кислоты. Следовательно ГК, выделенная в атмосфере азота или аргона, имеет более высокую степень полимернoсти по сравнению с выделенной на воздухе [4].

Для медицинского применения необходима стерилизация растворов гиалуронана. Ее осуществляют автоклавированием при температуре 120-130ºС или ионизирующим гамма-излучением. В обоих случаях происходит значительная деполимеризация биополимера и потеря его исходной терапевтической активности. Известны способы защиты растворов гиалуронана от деполимеризации, основанные на добавлении к растворам различных аминокислот, борной кислоты и глицерина, сульфата гидрохинолина, мочевой кислоты, фенольных соединений (пирогаллол) [4].

Характерные свойства гиалуроновой кислоты – ее выраженная биологическая активность, прекрасная биосовместимость, отсутствие антигенности, раздражающего и других побочных эффектов – обратили на себя внимание ученых. Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам ГК нашла применение в различных областях медицины, косметологии и ветеринарии. Тот факт, что ГК входит в состав многих тканей (кожа, хрящи, стекловидное тело) и является органоспецифичной и видонеспецифичной, обуславливает ее применение в лечении заболеваний, связанных с этими тканями [2].

Биологические функции гиалуроновой кислоты можно разделить на «пассивные» и «активные». Как инертный материал, ГК участвует в гомеостазе тканей, в стерическом регулировании (осмосе) проникновения каких-либо субстанций, выполняет роль «смазки», улучшающей подвижность суставов и т.д. «Активные» функции ГК заключаются в специфическом связывании с белками в межклеточном матриксе и на поверхности клетки. Такое взаимодействие играет важную роль в образовании хрящевой ткани, в процессах клеточной пролиферации, в морфогенезе и эмбриональном развитии животных, а также в механизмах воспаления и возникновения рака [2].

Гиалуроновая кислота используется в онкологии как лечебное средство. Механизмы действия ГК на опухолевые клетки разнообразно. На молекулярном уровне механизм заключается в том, что высокомолекулярная ГК, связываясь с рецепторами на клеточной мембране опухолевых клеток, замедляет их миграцию и образование метастазов. Второй механизм действия состоит в том, что введение высокомолекулярной ГК способствует формированию соединительнотканной капсулы вокруг опухоли. Третий механизм связан со свойством высокомолекулярной фракции тормозить васкуляризацию опухоли (прорастание кровеносных сосудов в опухоль) и тем самым приводить к замедлению роста и метастазированию опухолей, а низкомолекулярной, наоборот, индуцировать [4].

Гиалуроновая кислота довольно хорошо проявила себя в заживлении ожоговых ран, язв, рубцов и послеоперационных вмешательств. Ученые выяснили, что она не имеет раздражающего действия, а даже наоборот вызывает противовоспалительный эффект, способствует быстрой регенерации ткани. Биоэксплантат (пленка) на основе окисленной ГК в эксперименте показал ускоренное заживление швов кишечных анастомозов повышенного риска.

ГК используют при приготовлении фармацевтических композиций в качестве загустителей, смазывающих веществ, агентов для пленочных покрытий, устойчивых к желудочному соку, в частности при получении капсул, гелей, коллоидов и различных устройств (например, контактных линз, предметов из марли и т.д.). Вероятно, в основе механизма накопления в соединительно-тканных структурах ряда лекарственных веществ и антибиотиков лежит связывание их с протеогликанами тканей. То же можно утверждать и о механизмах отложения в тканях, особенно в матриксе соединительной ткани, различных патологических продуктов. В норме в первые сутки заживления ран в них отмечается повышение концентрации ГК, которая связываясь с фибриновой сетью, образует переходный матрикс, стимулирующий активацию и миграцию гранулоцитов, макрофагов и фибробластов, пролиферацию эпителиальных клеток. Кроме того, ГК посредством усиления фагоцитоза способствует более полному очищению раны от некротических элементов. Вследствие усиления активности макрофагов увеличивается образование трофического фактора, который привлекает фибробласты и эндотелиальные клетки в пораженную область [1].

Содержание гиалуронана в коже человека не постоянная величина. Существуют незначительные сезонные колебания ГК в дерме: летом уровень гиалуронана несколько ниже, чем в зимний период. Это связывают с повышенной скоростью деградации ГК под действием УФ-излучения. Наиболее значимо возрастное уменьшение концентрации ГК. Начиная с 60-летнего возраста происходит кратное снижение концентрации ГК в дерме. Поэтому инъекционное внутриклеточное введение нативной ГК представляется вполне естественным способом воспаления ее дефицита. Данный инъекционный метод в эстетической медицине получил название биоревитализации [4].

В научной литературе можно встретить обширную информацию о химической структуре, макромолекулярной характеристики, биологических свойствах и медицинском применения гиалуроновой кислоты.

ГК входит в состав основного межклеточного вещества соединительной, эпителиальной и нервной тканей, в большом количестве присутствует в стекловидном теле глаза, синовиальной жидкости суставов, коже, стенках артерий и вен, сердечных клапанах, в глoмерулярной базальной мембране почек.

С момента открытия гиалурoновой кислоты произошла значительная эволюция взглядов. Если вначале считали, что данный полисахарид служит пассивным структурным компонентом межклеточного матрикса, то к настоящему времени он  включен во многие биологические процессы: от размножения, миграции, дифференцировки клеток в процессе эмбриогенеза до регуляции процессов воспаления и заживления ран, метастазирования раковых клеток. В организме ГК выполняет множественные физиологические функции: служит основой функционирования системы организма, определяет проницаемость тканей и сосудов кровеносной системы, стойкость к проникновению инфекций [4]. Но с возрастом все функции замедляются.

Такое широкое разнообразие биологических свойств гиaлуроновой кислоты обусловлено функцией молекулярной массы, которая играет значительную роль в поведении клеток, полиморфизмом структурных форм и физико-химическими свойствами молекул разной молекулярной массы, зависящими от ионного окружения и концентрации биополимера в тканях и органах [4].

Подводя итог, можно сказать, что гиалуроновая кислота нашла свое применение во многих отраслях медицины. Ее применяют в косметологических инъекциях (биоревитализация), входит в состав различных косметических средств. Следует отметить, что ГК может иметь и негативные последствия в частых инъекциях под кожу. Чтобы поддержать свою кожу в тонусе нужно вести здоровый образ жизни, правильно питаться и не злоупотреблять вредными привычками. Так же офтальмологи применяют ее в качестве лечения катаракты, синдрома «сухого глаза». В иммунологии применяют для комплексного лечения иммунодефицитных состояний при вирусных инфекциях. Так же можно использовать для лечения язвенных болезней желудка, двенадцатиперстной кишки, с помощью активации трипсина.

Список литературы

1. Егоров Е.А. Гиалуроновая кислота: применение в офтальмнологии и терапии синдрома «сухого глаза» // РМЖ. Клиническая офтальмология. – 2013. – Том 13, №2. С. – 72.
2. Сигаева Н.Н., Колесов С.В., Назаров П.В., Вильданова Р.Р. Химическая модификация гиалуроновой кислоты и ее применение в медицине // Вестник Башкирского университета. – 2012. – Т.17. №3. С. – 1221 – 1222.
3. Стрельникова Л.Н., Клещенко Е.В., Астрин А.В. Химия и жизнь // Ежемесячный научно – популяционный журнал. – 1.12.2010. №12. С. – 22 – 23.
4. Хабаров В.Н., Бойков П.Я., Селянин М.А. Гиалуроновая кислота: получение, свойства, применение в биологии и медицине. – М.: Практическая медицина, 2012. – 224с.:ил. С. – 9 – 11, 19 – 30, 218.