Hialuronskābe ir dzīvnieku izcelsmes produkts, ko plaši izmanto medicīnā un kosmetoloģijā. Šīs vielas īpašības vēl nav pilnībā izprastas, un tās ietekme uz cilvēka organismu ir daudzsološa jaunas paaudzes zāļu radīšanai. Šis savienojums aktīvi iesaistās embrioģenēzes procesos, šūnu dalīšanās procesos, to diferenciācijā un kustībā imūnās atbildes laikā.
Atklājumu vēsture un terminoloģija
Hialuronskābe pēc formulas attiecas uz glikozaminoglikāniem, kuru molekulas sastāv no atkārtotām vienībām, kas nesatur sulfātu grupas. Pirmo reizi šis augstas molekulmasas savienojums tika izolēts no liellopu stiklveida ķermeņa. Sākumā zinātnieki pieņēma, ka viela ir raksturīga tikai zīdītājiem. Taču 1937. gadā tas tika atspēkots – iegūts no šķidras barotnes, kurā kultivēts hemolītiskais streptokoks. 1954. gadā britu vispārīgajā zinātniskajā žurnālā Nature tas pirmo reizi tika publicētshialuronskābes strukturālā formula.
Vielas vispārpieņemtais nosaukums ir saistīts ar tās atklāšanas vēsturi (ang. "hyaloid" - stiklveida ķermenis, "uronskābe" - uronskābe). Starptautiskajā ķīmiskajā terminoloģijā ir arī nosaukums "hialuronāns", kas apvieno skābi un tās sāļus. Hialuronskābes ķīmiskā formula ir: C₂₈H₄₄N2O23.
Šobrīd tā pielietojuma klāsts ir ļoti plašs: medicīna, kosmetoloģija, farmācija. Hialuronskābi izmanto kā galveno un palīgvielu. Pēdējos gados atklātajām savienojuma īpašībām ir lielas perspektīvas izmantošanai nākotnē, tāpēc pieprasījums pēc šī biopolimēra nepārtraukti pieaug.
Ēka
Hialuronskābes formula ir tipisks anjonu polisaharīds. Molekulas ir savienotas garās lineārās ķēdēs. Saistītās vielām - glikozes aminoglikāniem - ir liels skaits sulfātu grupu. Tas izskaidro dažādu izomēru veidošanos - savienojumus, kas atšķiras ar atomu telpisko izvietojumu. Arī to ķīmiskās īpašības atšķiras. Hialuronskābe, atšķirībā no glikozaminoglikāniem, vienmēr ir ķīmiski identiska. Tās īpašības nav atkarīgas no iegūšanas metodēm un izejmateriālu veida.
Hialuronskābes sastāvā ietilpst D-glikuronskābe un N-acetil-D-glikozamīns, kas ir savstarpēji saistīti ar beta-glikozīdu saiti un veido tās disaharīdu vienības (glikopiranozes gredzenus, kuru molekulmasa ir aptuveni 450 Da). To skaits šī savienojuma molekulās var sasniegt 25 000. Pateicoties tam, skābei ir augsta molekulmasa (5 000–20 000 000 Da).
Hialuronskābes disaharīda fragmenta strukturālā formula ir parādīta zemāk esošajā attēlā.
Skābes sastāvs satur hidrofobas un hidrofilas zonas, kuru dēļ šis lielmolekulārais savienojums kosmosā izskatās kā savīta lente. Vairāku ķēžu kombinācija veido vaļīgas struktūras bumbu. Vēl viena hialuronskābes formulas iezīme ir spēja saistīt un noturēt līdz 1000 ūdens molekulām. Šīs vielas bioķīmija galvenokārt ir saistīta ar tās augsto higroskopiskumu, kas nodrošina audu piesātinājumu ar ūdeni un iekšējā tilpuma saglabāšanu.
Ķīmiskās īpašības
Hialuronskābei ir šādas raksturīgas ķīmiskās īpašības:
- liela skaita ūdeņraža saišu veidošanās;
- barotnes skābes reakcijas radīšana ūdens šķīdumos deprotonētas karboksilgrupas klātbūtnes dēļ;
- šķīstošo sāļu veidošanās ar sārmu metāliem;
- veidošanās spēcīgas gēla struktūras (pseidogēla) ūdens šķīdumā, kas satur ievērojamu daudzumu mitruma (proteīna kompleksi bieži izgulsnējas);
- nešķīstošu kompleksu veidošana ar smagajiem metāliem un krāsvielām.
Ārēji vielas ūdens šķīdumi pēc konsistences atgādina olu b altumu. Hialuronskābes strukturālā formula ļauj uzņemttam ir vairākas formas atkarībā no barotnes jonu vides:
- kreisā viena spirāle;
- daudzpavedienu plakanas konstrukcijas;
- dubultā spirāle;
- superspirētas struktūras ar blīvu molekulāro tīklu.
Pēdējā forma ir terciāra un spēj absorbēt lielu daudzumu ūdens, elektrolītu, augstas molekulmasas proteīnu.
Dažādas izcelsmes hialuronskābes atšķirības
Kā minēts iepriekš, šīs vielas struktūra ir ļoti līdzīga neatkarīgi no tās ražošanas avota. Atšķirība starp baktēriju un dzīvnieku izcelsmes skābēm ir to polimerizācijas pakāpe. Dzīvnieku izcelsmes hialuronskābes formula ir garāka nekā baktēriju forma (attiecīgi 4000-6000 un 10000-15000 monomēru).
Šo vielu šķīdība ūdenī ir vienāda un galvenokārt ir atkarīga no hidroksilgrupu un sāls grupu klātbūtnes disaharīdu atliekās. Tā kā skābes ķīmiskā struktūra pēc būtības ir līdzīga visiem dzīviem indivīdiem, tas samazina nevēlamu imunoloģisko reakciju un atgrūšanas risku, ievadot to cilvēkiem un dzīvniekiem.
Loma dabā
Galvenā hialuronskābes atrašanās vieta ir zīdītāju audu starpšūnu (vai ārpusšūnu) matricas sastāvs. Kā liecina zinātniskie pētījumi, tas atrodas arī dažu baktēriju – streptokoku, stafilokoku un citu parazītisko mikroorganismu kapsulās. Savienojuma sintēze notiek arī bezmugurkaulnieku (vienšūņu, vienšūņu) organismā.posmkāji, adatādaiņi, tārpi).
Zinātnieki norāda, ka spēja ražot hialuronskābi baktērijās ir attīstījusies, lai palielinātu to virulentās īpašības saimniekorganismā. Pateicoties tā klātbūtnei, mikroorganismi var viegli iekļūt ādā un kolonizēt to. Šādas parazitārās baktērijas spēj neitralizēt saimniekorganisma imūnreakciju un provocēt aktīvāka iekaisuma procesa attīstību nekā citi mikrobu celmi.
Hialuronskābi ražo proteīni, kas ir iestrādāti šūnu sieniņās vai intracelulāro organellu membrānās. Vislielākā vielas koncentrācija cilvēka organismā tiek novērota šķidrumā, kas aizpilda locītavu dobumu, nabassaitē, acs stiklveida ķermenī un ādā.
Metabolisms
Hialuronskābes sintēze notiek enzīmu reakciju veidā 3 posmos:
- Glikoze-6-fosfāts – glikoze-1-fosfāts (fosforilēta glikoze) – UDP-glikoze – glikuronskābe.
- Aminocukurs – glikozamīns-6-fosfāts – N-acetilglikozamīns-1-fosfāts – UDP-N-acetilglikozamīns-1-fosfāts.
- Glikozīda transferāzes reakcija, iesaistot enzīmu hialuronāta sintetāzi.
Cilvēka organismā dienā tiek ražoti un sadalīti aptuveni 5 g šīs vielas. Kopējais skābes daudzums ir aptuveni septiņas tūkstošdaļas no svara. Mugurkaulniekiem skābes sintēze notiek 3 veidu enzīmu proteīnu (hialuronāta sintetāžu) ietekmē. Tie ir metaloproteīni, kas sastāv no metāla katjoniem un glikozīdu fosfātiem. Hialuronāta sintetāzes ir vienīgie fermentikatalizē skābes veidošanos.
C₂₈H₄₄N2O23 molekulu iznīcināšanas process notiek hialuronāna-lītisko enzīmu iedarbībā. Cilvēka organismā tie ir vismaz septiņi, un daži no tiem nomāc audzēju veidošanās procesus. Hialuronskābes sadalīšanās produkti ir oligo- un polisaharīdi, kas stimulē jaunu asinsvadu veidošanos.
Funkcijas cilvēka ķermenī
Kolagēns un hialuronskābe cilvēka ādas sastāvā ir vērtīgākās vielas, no kurām atkarīga dermas elastība un gludums. C₂₈H₄₄N2O23 veic šādas funkcijas:
- ūdens saglabāšana, kas nodrošina ādas elastību un tās turgoru;
- izveidojot nepieciešamo intersticiāla šķidruma viskozitātes pakāpi;
- piedalīšanās epidermas galveno un imūnkompetento šūnu atražošanā;
- atbalsta augšanu un bojātas ādas atjaunošanos;
- kolagēna šķiedru stiprināšana;
- vietējās imunitātes stiprināšana;
- aizsardzība pret brīvajiem radikāļiem, ķīmiskajiem un bioloģiskajiem aģentiem.
Augstākā šīs vielas koncentrācija tiek novērota embrija ādā. Novecojot, lielākā daļa skābes saistās ar olb altumvielām, kas samazina ādas mitrināšanas līmeni. Vielmaiņas pašregulācijas spēja ir īpaši stipri samazināta cilvēkiem, kas vecāki par 50 gadiem.
Ir noteiktas arī šādas hialuronskābes īpašības sinoviālajā šķidrumā:
- veidošanāsviendabīga struktūra, lai noturētu noteiktu skrimšļa sastāvdaļu - hondroitīna sulfātu;
- nostiprina skrimšļa kolagēna karkasu;
- nodrošinot locītavu kustīgo daļu eļļošanu, samazinot to nodilumu.
Skābju molekulu bioloģiskā loma atšķiras atkarībā no to molekulmasas. Tādējādi savienojumiem, kas satur līdz 1500 monomēru, ir pretiekaisuma iedarbība un tie aktīvi piedalās kolagēna tīkla veidošanā. Polimēriem ar ķēdi līdz 2000 monomēriem ir nozīme hidrobalansa uzturēšanā, un lielmolekulāriem savienojumiem ir visizteiktākās antioksidanta īpašības.
Hialuronskābe ir iesaistīta arī embrija veidošanā un attīstībā, šūnu mobilitātes kontrolē - šūnu migrācijā no vienas vietas uz citu, dažās mijiedarbībās ar virsmas šūnu receptoriem.
Saņemt
Ir 2 galvenās vielas iegūšanas veidu grupas:
- Fizikāli ķīmiskā (ekstrakcija no zīdītāju, mugurkaulnieku un putnu audiem). Tā kā dzīvnieku izcelsmes izejvielas bieži satur skābi kombinācijā ar olb altumvielām un citiem polisaharīdiem, ir nepieciešama rūpīga iegūtā produkta attīrīšana, kas ietekmē gala zāļu izmaksas. Lai iegūtu skābi rūpnieciskā mērogā, tiek izmantota jaundzimušo nabassaite un mājas cāļu ķemmes. Ir arī citas ekstrakcijas metodes - no liellopu acīm šķidrums, kas aizpilda locītavu dobumus un locītavu maisiņus; asins plazma,skrimslis, cūkāda.
- Mikrobu metodes, kuru pamatā ir kultivētas baktērijas. Galvenie ražotāji ir baktērijas Pasteurellamultocida un Streptococcus. Šīs metodes pirmo reizi tika pārbaudītas 1953. gadā. Tās ir ekonomiskākas un arī nav atkarīgas no sezonas izejmateriālu piegādēm.
Pirmajā gadījumā bioloģiskos materiālus iznīcina ar slīpēšanas un homogenizācijas metodēm, un pēc tam skābi ekstrahē maisījumā ar peptīdiem, iedarbojoties ar organiskiem šķīdinātājiem. Iegūto masu apstrādā ar fermentiem vai olb altumvielas atdala, denaturējot ar hloroformu vai etanola un amilspirta maisījumu. Pēc tam viela tiek koncentrēta uz aktivēto ogli. Galīgo attīrīšanu veic ar jonu apmaiņas hromatogrāfiju vai izgulsnēšanu ar cetilpiridīnija hlorīdu.
Medicīnas lietošanai
Hialuronskābi lieto šādām patoloģijām:
- oftalmoloģija – katarakta; izmantot kā ķirurģisko vidi operāciju laikā;
- ortopēdija - osteoartrīts, locītavu skrimšļa aizsardzība pret iznīcināšanu, kā arī tā atveseļošanās stimulēšana (sinoviālā šķidruma endoprotēzes);
- ķirurģija - mīksto audu palielināšana, operācijas ar plašu skrimšļa izgriešanu;
- farmaceitiskie preparāti - zāļu ražošana, pamatojoties uz savienojuma polimēru struktūru (tabletes, kapsulas, krēmi, želejas, ziedes);
- pārtikas nozare - sporta uzturs;
- ginekoloģija - antiadhēzijalīdzekļi;
- dermatoloģija - apdegumu, pēctrombotisku trofisku ādas bojājumu ārstēšana.
Saskaņā ar zinātnieku prognozēm šī viela var kļūt par pamatu jaunai zāļu grupai vēža ārstēšanai.
Daudzsološas ir arī citas skābes īpašības:
- pretmikrobu, pretvīrusu iedarbība (savienojums ir aktīvs pret herpes vīrusu un citiem);
- asins mikrocirkulācijas uzlabošana;
- pretiekaisuma efekts;
- ilgstoša iedarbība (pakāpeniska izšķīšana cilvēka audos).
Vitamīni
Vitamīnu sastāvā esošā hialuronskābe tiek izmantota attīrīta nātrija hialuronāta veidā, kas ir tā analogs. Vielas galvenais mērķis ir saglabāt ādas jaunību, mitrināt to, dziedēt brūces. Lai uzlabotu uzsūkšanos, askorbīnskābi ievada vitamīnu kompleksu sastāvā.
Notiek arī pētījumi, lai izstrādātu zāles un uztura bagātinātājus ar pretiekaisuma un imūnmodulējošu iedarbību, ko var izmantot daudzās cilvēka darbības jomās.
Kosmetoloģija
Kosmetoloģijā šo savienojumu izmanto, lai koriģētu ar vecumu saistītas izmaiņas. Sakarā ar to, ka skābes struktūra ir līdzīga visos dzīvajos organismos, tā ir piemērota lietošanai kā dermas pildviela (injekcija), īpaši ap acīm. Lai viela ilgāk saglabātos epidermā, tā tiek modificēta ar šķērssaites molekulu palīdzību.(crosslinkers). Šķērsšūtas pildvielas atšķiras viena no otras pēc gēla viskozitātes, skābes koncentrācijas un rezorbcijas ilguma ādā.
Injekcijas ievada intra- vai subkutāni 1-3% ūdens šķīduma veidā. Tas palīdz palielināt audu elastību un tvirtumu, ievērojami izlīdzina grumbas.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ tiek pievienots arī ārējās kosmētikas sastāvam - želejas, putas, krēmi un citi pamatprodukti. Hialuronskābe sastāvā ir apzīmēta kā hialuronskābe (un nātrija hialuronāts ir nātrija hialuronāts). Šāda veida kosmētikas līdzekļiem ir tādas pašas īpašības kā pildvielām – tas novērš grumbu veidošanos, pinnes, palīdz piesātināt ādu ar mitrumu.
