Acidul hialuronic este un produs de origine animală, care este utilizat pe scară largă în medicină și cosmetologie. Proprietățile acestei substanțe nu sunt încă pe deplin înțelese, iar efectul său asupra corpului uman este promițător pentru crearea de medicamente de nouă generație. Acest compus este implicat activ în procesele de embriogeneză, diviziune celulară, diferențierea și mișcarea acestora în timpul răspunsului imun.
Istoricul descoperirilor și terminologia
Acidul hialuronic conform formulei se referă la glicozaminoglicani, ale căror molecule constau în unități repetate care nu conțin grupări sulfat. Pentru prima dată acest compus cu greutate moleculară mare a fost izolat din corpul vitros al vitelor. La început, oamenii de știință au presupus că substanța era caracteristică doar mamiferelor. Cu toate acestea, în 1937 acest lucru a fost infirmat - a fost obținut dintr-un mediu lichid în care a fost cultivat streptococul hemolitic. În 1954, în revista științifică generală britanică Nature, a fost publicat pentru prima datăformula structurală a acidului hialuronic.
Numele comun al substanței este asociat cu istoria descoperirii sale (ing. „hialoid” – vitros, „acid uronic” – acid uronic). În terminologia chimică internațională, există și denumirea de „hialuronan”, care combină acidul și sărurile sale. Formula chimică a acidului hialuronic este: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
În prezent, gama de aplicare a acestuia este foarte largă: medicină, cosmetologie, farmacie. Acidul hialuronic este folosit ca substanță principală și auxiliară. Proprietățile compusului, descoperite în ultimii ani, au perspective mari de utilizare în viitor, astfel încât cererea pentru acest biopolimer este în continuă creștere.
Clădire
Formula cu acid hialuronic este o polizaharidă anioică tipică. Moleculele sunt conectate în lanțuri liniare lungi. Substanțele înrudite - aminoglicanii de glucoză - au un număr mare de grupări sulfatate. Aceasta explică formarea diverșilor izomeri - compuși care diferă în aranjarea spațială a atomilor. Proprietățile lor chimice diferă și ele. Acidul hialuronic, spre deosebire de glicozaminoglicani, este întotdeauna identic din punct de vedere chimic. Proprietățile sale nu depind de metodele de obținere și de tipul de materiale sursă.
Compoziția acidului hialuronic include acid D-glucuronic și N-acetil-D-glicozamină, care sunt interconectate printr-o legătură beta-glicozidică și formează unitățile sale de dizaharidă (inele de glucopiranoză având o greutate moleculară de aproximativ 450 Da). Numărul lor în moleculele acestui compus poate ajunge la 25.000. Din acest motiv, acidul are o greutate moleculară mare (5.000-20.000.000 Da).
Formula structurală a fragmentului dizaharidic al acidului hialuronic este prezentată în figura de mai jos.
Compoziția acidului conține zone hidrofobe și hidrofile, datorită cărora acest compus cu un nivel molecular în alt din spațiu arată ca o panglică răsucită. Combinația mai multor lanțuri formează o minge cu structură liberă. Capacitatea de a lega și reține până la 1000 de molecule de apă este o altă caracteristică a formulei acidului hialuronic. Biochimia acestei substanțe se datorează în primul rând higroscopicității sale ridicate, care asigură saturarea țesuturilor cu apă și menținerea volumului intern.
Proprietăți chimice
Acidul hialuronic are următoarele proprietăți chimice caracteristice:
- formarea unui număr mare de legături de hidrogen;
- crearea unei reacții acide a mediului în soluții apoase datorită prezenței unei grupări carboxil deprotonate;
- formarea de săruri solubile cu metale alcaline;
- formarea într-o soluție apoasă a unei structuri puternice de gel (pseudogel) care conține o cantitate semnificativă de umiditate (complecșii de proteine precipită adesea);
- crearea de complexe insolubile cu metale grele și coloranți.
În exterior, soluțiile apoase ale unei substanțe seamănă cu consistența albușului de ou. Formula structurală a acidului hialuronic vă permite să luațiare mai multe forme, în funcție de mediul ionic al mediului:
- elica unică stângă;
- structuri plate multifilament;
- dublă helix;
- structuri supercoilate cu o rețea moleculară densă.
Ultima formă este terțiară și este capabilă să absoarbă o cantitate mare de apă, electroliți, proteine cu greutate moleculară mare.
Diferențe de acid hialuronic de diverse origini
După cum sa menționat mai sus, structura acestei substanțe este foarte asemănătoare, indiferent de sursa producției sale. Diferența dintre acizii de origine bacteriană și animală este gradul de polimerizare a acestora. Formula de acid hialuronic de origine animală este mai lungă decât forma bacteriană (4.000-6.000, respectiv 10.000-15.000 de monomeri).
Solubilitatea în apă pentru aceste substanțe este aceeași și depinde în principal de prezența grupărilor hidroxil și de sare în reziduurile de dizaharide. Deoarece structura chimică a acidului este în mod inerent similară la toți indivizii vii, acest lucru minimizează riscul de reacții imunologice adverse și de respingere atunci când este administrat la oameni și animale.
Rol în natură
Locația principală a acidului hialuronic este compoziția matricei intercelulare (sau extracelulare) a țesuturilor mamiferelor. După cum arată studiile științifice, este prezent și în capsulele unor bacterii - streptococi, stafilococi și alte microorganisme parazitare. Sinteza compusului are loc și în corpul animalelor nevertebrate (protozoare,artropode, echinoderme, viermi).
Oamenii de știință sugerează că capacitatea de a produce acid hialuronic în bacterii a evoluat pentru a le crește proprietățile virulente în organismul gazdă. Datorită prezenței sale, microorganismele pot pătrunde cu ușurință în piele și o pot coloniza. Astfel de bacterii parazite sunt capabile să neutralizeze răspunsul imun al gazdei și să provoace dezvoltarea unui proces inflamator mai activ decât alte tulpini de microbi.
Acidul hialuronic este produs de proteinele care sunt încorporate în peretele celular sau în membranele organelelor intracelulare. Cea mai mare concentrație a unei substanțe în corpul uman se remarcă în lichidul care umple cavitatea articulațiilor, în cordonul ombilical, în corpul vitros al ochiului și în piele.
Metabolism
Sinteza acidului hialuronic are loc sub formă de reacții enzimatice în 3 etape:
- Glucoză-6-fosfat – glucoză-1-fosfat (glucoză fosforilată) – UDP-glucoză – acid glucuronic.
- Amino zahăr – glucozamin-6-fosfat – N-acetilglucozamin-1-fosfat – UDP-N-acetilglucozamin-1-fosfat.
- Reacția glicozidă transferază care implică enzima hialuronat sintetaza.
Aproximativ 5 g din această substanță sunt produse și descompuse în corpul uman pe zi. Cantitatea totală de acid este de aproximativ șapte miimi de procent din greutate. La vertebrate, sinteza acizilor are loc sub influența a 3 tipuri de proteine enzimatice (hialuronat sintetaze). Sunt metaloproteine compuse din cationi metalici și fosfați glucozidici. Hialuronat sintetazele sunt singurele enzimecatalizand producerea de acid.
Procesul de distrugere a moleculelor C₂₈H₄₄N₂O₂₃ are loc sub acțiunea enzimelor hialuronan-litice. În corpul uman, există cel puțin șapte dintre ele, iar unele dintre ele suprimă procesele de formare a tumorii. Produșii de descompunere ai acidului hialuronic sunt oligo și polizaharide, care stimulează formarea de noi vase de sânge.
Funcții în corpul uman
Colagenul și acidul hialuronic din compoziția pielii umane sunt cele mai valoroase substanțe de care depinde elasticitatea și netezimea dermei. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ îndeplinește următoarele funcții:
- conservarea apei, care asigură elasticitatea pielii și turgul acesteia;
- crearea gradului necesar de vâscozitate a lichidului interstițial;
- participarea la reproducerea celulelor principale și imunocompetente ale epidermei;
- sprijină creșterea și repararea pielii deteriorate;
- întărirea fibrelor de colagen;
- întărirea imunității locale;
- protecție împotriva radicalilor liberi, agenților chimici și biologici.
Cea mai mare concentrație a acestei substanțe se observă în pielea embrionului. Odată cu îmbătrânirea, majoritatea acidului se leagă de proteine, ceea ce reduce nivelul de hidratare al pielii. Capacitatea de a auto-regla metabolismul este redusă în special la persoanele peste 50 de ani.
Au fost determinate, de asemenea, următoarele proprietăți ale acidului hialuronic în lichidul sinovial:
- formațiestructură omogenă pentru a susține o componentă specifică a cartilajului - sulfat de condroitină;
- întărirea cadrului de colagen al cartilajului;
- asigurând lubrifierea pieselor mobile ale articulațiilor, reducând uzura acestora.
Rolul biologic al moleculelor de acid diferă în funcție de greutatea moleculară a acestora. Astfel, compușii care conțin până la 1500 de monomeri au un efect antiinflamator și participă activ la construcția rețelei de colagen. Polimerii cu un lanț de până la 2000 de monomeri joacă un rol în menținerea echilibrului hidrografic, iar compușii cu molecule în alte au cele mai pronunțate proprietăți antioxidante.
Acidul hialuronic este implicat și în formarea și dezvoltarea embrionului, în controlul mobilității celulare - migrarea celulelor dintr-un loc în altul, în unele interacțiuni cu receptorii celulari de suprafață.
Primire
Există 2 grupuri principale de moduri de a obține o substanță:
- Fizico-chimic (extracția din țesuturi de mamifere, vertebrate și păsări). Deoarece materiile prime de origine animală conțin adesea acid în combinație cu proteine și alte polizaharide, este necesară o purificare minuțioasă a produsului rezultat, care afectează costul medicamentului final. Pentru obținerea acidului la scară industrială se utilizează cordonul ombilical al nou-născuților și pieptenii găinilor domestice. Există și alte metode de extracție - din ochii vitelor, lichidul care umple cavitățile articulațiilor și pungile articulare; plasma din sânge,cartilaj, piele de porc.
- Metode microbiene bazate pe bacterii de cultură. Principalii producători sunt bacteriile Pasteurellamultocida și Streptococcus. Aceste metode au fost testate pentru prima dată în 1953. Sunt mai economice și, de asemenea, nu depind de aprovizionarea sezonieră cu materii prime.
În primul caz, materialele biologice sunt distruse prin metode de măcinare și omogenizare, iar apoi acidul este extras în amestec cu peptide prin expunerea la solvenți organici. Masa rezultată este tratată cu enzime sau proteinele sunt îndepărtate prin denaturare cu cloroform sau un amestec de etanol și alcool amilic. După aceea, substanța este concentrată pe cărbune activ. Purificarea finală se face prin cromatografie cu schimb de ioni sau prin precipitare cu clorură de cetilpiridiniu.
Uz medical
Acidul hialuronic este utilizat pentru următoarele patologii:
- oftalmologie – cataractă; utilizați ca mediu chirurgical în timpul operațiilor;
- ortopedie - osteoartrita, protecția cartilajului articular împotriva distrugerii, precum și pentru stimularea refacerii acestuia (endoproteze de lichid sinovial);
- chirurgie - mărirea țesuturilor moi, operații cu excizie extinsă a cartilajului;
- farmaceutice - producerea de medicamente pe baza structurii polimerice a compusului (tablete, capsule, creme, geluri, unguente);
- industria alimentară - nutriție sportivă;
- ginecologie - antiaderențăfonduri;
- dermatologie - tratamentul arsurilor, afecțiunilor cutanate trombotice post-trombotice.
Conform prognozelor oamenilor de știință, această substanță poate deveni baza pentru un nou grup de medicamente pentru tratamentul cancerului.
Alte proprietăți ale acidului sunt, de asemenea, promițătoare:
- efect antimicrobian, antiviral (compusul este activ împotriva virusului herpesului și a altora);
- îmbunătățirea microcirculației sanguine;
- efect antiinflamator;
- acțiune prelungită (dizolvare treptată în țesuturile umane).
Vitamine
Acidul hialuronic din compoziția vitaminelor este utilizat sub formă de hialuronat de sodiu purificat, care este analogul său. Scopul principal al substanței este de a păstra tinerețea pielii, de a o hidrata și de a vindeca rănile. Pentru a îmbunătăți absorbția, acidul ascorbic este introdus în compoziția complexelor de vitamine.
De asemenea, sunt în curs de desfășurare cercetări pentru a dezvolta medicamente și suplimente alimentare cu efecte antiinflamatorii și imunomodulatoare care pot fi utilizate în multe domenii ale activității umane.
Cosmetologie
În cosmetologie, acest compus este folosit pentru a corecta modificările legate de vârstă. Datorită faptului că structura acidului este similară în toate organismele vii, este potrivit pentru utilizare ca umplutură dermică (injecție), în special în jurul ochilor. Pentru ca substanța să rămână mai mult timp în epidermă, se modifică cu ajutorul moleculelor de reticulare.(agenti de reticulare). Materialele de umplutură reticulate diferă unele de altele în ceea ce privește vâscozitatea gelului, concentrația de acid și durata resorbției în piele.
Injecțiile se administrează intra sau subcutanat sub formă de soluție apoasă 1-3%. Acest lucru ajută la creșterea elasticității și fermității țesuturilor, o netezire vizibilă a ridurilor.
La compoziția produselor cosmetice externe se adaugă și C₂₈H₄₄N₂O₂₃ - geluri, spume, creme și alte produse de bază. Acidul hialuronic din compoziție este denumit acid hialuronic (iar hialuronatul de sodiu este hialuronat de sodiu). Acest tip de produs cosmetic are aceleași proprietăți ca materialele de umplere - previne formarea ridurilor, acneei și ajută la saturarea pielii cu umiditate.
