Гиалуроновая кислота: состав и строение¶

Гиалуроновая кислота (гиалуронан, HA) — линейный несульфатированный гликозаминогликан, входящий в состав внеклеточного матрикса соединительной ткани человека и животных. По химической природе это полимер, построенный из повторяющихся дисахаридных звеньев, каждое из которых состоит из двух моносахаридов: D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина. Молекулярная масса природных молекул варьирует от нескольких тысяч до нескольких миллионов дальтон, что определяет её вязкоупругие свойства и биологические функции.

¶Химический состав и строение

Мономерное звено гиалуроновой кислоты — дисахарид, образованный остатками β-D-глюкуроновой кислоты и β-N-ацетил-D-глюкозамина, соединёнными чередующимися гликозидными связями β(1→3) и β(1→4). Брутто-формула повторяющегося звена — C₁₄H₂₁NO₁₁; молекулярная масса звена около 379,3 Да. Число таких звеньев (степень полимеризации) может достигать 10 000–25 000 и более.

Ключевые особенности состава:

• Дисахаридный повтор: глюкуроновая кислота + N-ацетилглюкозамин.
• Отсутствие сульфатных групп — в отличие от хондроитинсульфата, кератансульфата и гепарина.
• Наличие карбоксильных групп —COOH, обеспечивающих полианионный характер молекулы при физиологических значениях pH.
• Ацетамидная группа —NH–CO–CH₃ у глюкозамина.

¶Физико-химические свойства

Благодаря карбоксильным группам гиалуроновая кислота в водном растворе ведёт себя как полианион: при нейтральном pH она несёт отрицательный заряд, притягивает катионы (в первую очередь Na⁺) и удерживает большое количество воды. Одна молекула способна связывать воду в объёме, в сотни и тысячи раз превышающем её собственную массу, образуя гель даже при низких концентрациях.

Дополнительно карбоксильные и гидроксильные группы формируют водородные связи как с водой, так и между соседними цепями, что придаёт растворам высокую вязкость и псевдопластичность. При добавлении кислоты или при снижении pH карбоксильные группы протонируются, заряд уменьшается, и полимер теряет способность удерживать воду — это одна из причин деградации препаратов на основе HA.

¶Источники и получение

В организме человека гиалуроновая кислота синтезируется ферментами гиалуронансинтазами (HAS1, HAS2, HAS3) из UDP-производных сахаров. Наибольшие концентрации обнаруживаются в:

• стекловидном теле глаза;
• синовиальной жидкости суставов;
• пупочном канатике;
• дерме кожи;
• хрящевой ткани.

Промышленно вещество получают двумя способами. Первый — экстракция из животного сырья (петушиные гребни, пупочные канатики, стекловидное тело крупного рогатого скота). Второй, более распространённый в современной практике, — микробиологический синтез с использованием бактерий Streptococcus zooepidemicus, культивируемых в ферментационных средах. Бактериальный способ даёт продукт с заданной молекулярной массой и снижает риск контаминации животными белками.

¶Молекулярная масса и её значение

Состав молекулы одинаков независимо от источника, но свойства сильно зависят от длины цепи:

¶Биологические функции

Гиалуроновая кислота участвует в гидратации тканей, поддержании тургора кожи, смазке суставов и заживлении ран. Она связывается с рецепторами CD44 и RHAMM, влияя на миграцию, пролиферацию и дифференцировку клеток. Внеклеточный матрикс, обогащённый HA, обеспечивает механическую поддержку и участвует в передаче сигналов.

¶Применение

В медицине и косметологии используются растворы и гели на основе гиалуроновой кислоты:

• Инъекционная косметология — филлеры для коррекции морщин и объёма тканей.
• Офтальмология — вискоэластики при операциях на глазах, увлажняющие растворы.
• Ортопедия — внутрисуставные инъекции при остеоартрозе.
• Дерматология — наружные сыворотки, кремы, маски.
• Регенеративная медицина — каркасы для тканевой инженерии.

Синтетические производные (например, гиалуронат натрия, сшитые формы) применяются там, где требуется устойчивость к ферментативному расщеплению гиалуронидазой.

¶Разрушение и метаболизм

В организме HA постоянно обновляется: ферменты гиалуронидазы (HYAL1, HYAL2) расщепляют цепь на фрагменты, которые далее захватываются клетками и разрушаются в лизосомах. Период полувыведения введённой экзогенной гиалуроновой кислоты в коже составляет от нескольких часов до нескольких суток в зависимости от молекулярной массы и степени сшивки.

¶Состав в косметических средствах

В составе косметической продукции гиалуроновая кислота чаще всего присутствует в виде соли — гиалуроната натрия (sodium hyaluronate), поскольку соль лучше растворима и стабильнее. В формулах также встречаются:

• гидролизованная гиалуроновая кислота (короткие фрагменты);
• ацетилированная HA;
• сшитые производные.

Концентрации в сыворотках обычно составляют 0,1–2 %. Эффект зависит от молекулярной массы: смеси разных фракций обеспечивают увлажнение на нескольких уровнях кожи.

¶Безопасность

Гиалуроновая кислота считается биосовместимой и низкоаллергенной, поскольку химически идентична эндогенной. Реакции гиперчувствительности редки и чаще связаны с примесями белков при животном сырье или с другими компонентами препарата. При инъекциях возможны местные реакции — отёк, покраснение, гематомы.