УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2011, том 42, № 4, с. 89-96
УДК [616-022-002]591.1-15.871.74
ФУНКЦИОНАЛЬНО-МЕТАБОЛИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГИАЛУРОНАТА НАТРИЯ В ОРГАНИЗМЕ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
© 2011 г. С.В. Белова
ФГУ "Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии ", Саратов
В обзоре приведены сведения о функционально-метаболических особенностях гиалуроната натрия в организме млекопитающих, а также собственные результаты по изучению его внутрисуставного действия на метаболизм соединительной ткани в условиях экспериментального артрита у кроликов.
Ключевые слова: гиалуронат, млекопитающие, экспериментальный артрит.
Одним из основных структурных функционально важных биополимеров основного вещества соединительной ткани является гиалуроновая кислота, во многом определяющая ее функциональные свойства и играющая стабилизирующую и протекторную роль [17].
Впервые гиалуроновая кислота была обнаружена в стекловидном теле глаза. В организме млекопитающих это соединение представлено в виде нейтральной соли гиалуроната натрия (ГН) [1, 7]. Структура ГН относительно проста и представляет собой длинную прямую цепь, состоящую из 100-1000 дисахаридных единиц 2-х типов: N-аце-тилглюкозамина и глюкуроната, соединенных между собой 1-3-гликозидными связями [36]. При физиологическом рН каждая глюкуроновая единица за счет гидроксильной группы содержит отрицательный анион. Цепь ГН насчитывает сотни подобных единиц, сбалансированных благодаря подвижным катионам Na+, K+, Ca2+, Mg2+. Образование вторичной структуры ГН во многом зависит от мостиков H2O, благодаря которым каждая дисахаридная единица повернута на 180° по отношению к плоскости стоящей рядом дисахаридной единицы, за счет чего достигается объемность молекулы ГН [36] (см. рисунок).
В природе ГН широко распространен благодаря своему нахождению в составе экстрацел-люлярного матрикса соединительной ткани всех млекопитающих [7]. Открытый Meyer в стекловидном теле глаза ГН содержится в коже, хряще, синовиальной жидкости, пупочном канатике.
ГН имеет большую молекулярную массу (100 000-10 000 000). Доля связанного ГН и бел-
ка в молекуле протеогликана составляет не более 1-2% от его общей массы [3].
Важность физиологической роли ГН в жизнедеятельности организма определяют его физические и химические свойства. ГН принимает участие в гидратации тканей, эмбриогенезе, является важным компонентом в организации про-теогликанов. Он не заменим в клеточной дифференциации и движении клеток путем изменения осмотического давления среды, а также принимает участие во взаимодействии "клетка-клетка" и "клетка-субстрат" [7].
Основной функцией ГН является связывание воды, в результате чего межклеточное вещество имеет структуру желеобразного матрикса, способного "поддерживать" клетки [3].
Высокомолекулярный ГН способен взаимодействовать с Н2О и другими компонентами мат-рикса 92 соединительная ткань (СТ), меняя его такие физико-химические свойства, как вязкость, связывающие свойства, водный баланс, за счет влияния на его молекулярную организацию. Вязко-эластическое состояние синовиальной жидкости обеспечивают реологические свойства ГН, а его присутствие в нормальных физиологических концентрациях обеспечивает лубрикационные свойства синовиальной среды суставов [1, 19].
Благодаря обладанию антиоксидантными свойствами ГН способен реагировать со свободными кислородными радикалами [13]. Эту функцию по предохранению крупных молекул и клеточных мембран от повреждающего действия свободных кислородных радикалов способен обеспечить только нормальный ГН. При различных патологи-
\
О.
н
соон
н
СН2ОН
о
к
н
о
н
н
он1
он
н
о
соон
СН2ОН
1ШСОСН3 н
н
о-
н он"
он
Строение гиалуроновой кислоты
н
н
о
о.
н
ШСОСНз
ческих состояниях, когда имеется его недостаток в синовиальной жидкости, эта функция ГН нарушается [13].
Нарушение метаболизма ГН приводят к различным патологиям, сопровождающимся деструкцией соединительной ткани. Определение уровня ГН имеет важное диагностическое значение при различных патологических состояниях.
Например, при заболеваниях печени, особенно циррозе, наблюдается значительное повышение уровня ГН в сыворотке крови больных, что, по-видимому, обусловлено нарушением клиренса.
ГН оказался точным маркером в диагностике выраженного фиброза печени у пациентов с гепатитом С, находящихся на гемодиализе [8].
У детей и подростков жировой гепатоз печени -самая распространенная хроническая болезнь печени, которая может приводить к фиброзу и циррозу печени [31]. Биопсия печени является признанным "золотым" стандартом для диагноза печеночного фиброза, которая является агрессивной процедурой [42] и может вызвать у детей высокий риск осложнений [31], поэтому этот метод мало пригоден в педиатрической практике, в отличие от диагностических мероприятий у взрослых пациентов. Для дифференциальной диагностики фиброза печени у детей целесообразным представляется определение ГН в сыворотке крови [42].
С диагностической целью ГН используется при опухолевых процессах, в том числе при эндомет-риальной карциноме [33], мезотелиоме плевры [21], повышение ГН наблюдалось при колорек-тальном раке [11].
В исследованиях БсИепск [35] при изучении метаболизма ПГ в культурах тканей здоровых людей и пациентов с ревматоидным артритом было показано, что здоровые ткани и ткани с незначительным количеством гранулоцитов, синтезировали нормальный высокомолекулярный ГН, а ткани пораженных суставов с большим количеством гранулоцитов выделяли патологический низкомо-
лекулярный ГН, не способный к выполнению возложенных на него функций, несмотря на большое его количество. Некоторые авторы связывают это явление с негативным влиянием свободноради-кального окисления на синтез полноценного ГН.
В другом исследовании, проведенном иностранными авторами, был изучен и сопоставлен уровень ГН в сыворотке крови больных ревматоидным артритом, остеоартрозом и псориати-ческой артропатией. Результаты показали, что у пациентов с ревматоидным артритом уровень ГН был выше, чем при остеоартрозе, а при псориа-тическом артрите, напротив, снижался по сравнению с таковым у здоровых людей [34].
Повышение сывороточного уровня ГН коррелировало с наличием суставного синдрома при ревматоидном артрите, степенью его выраженности и показателями лабораторных тестов, как у взрослых, так и у детей с ювенильным ревматоидным артритом [39].
Таким образом, уровень ГН в сыворотке крови может отражать процесс деградации хряща и степень воспалительного процесса в суставе.
Изучение биологических свойств ГН проводилось не только при суставной патологии. Наряду с другими гликозаминогликанами, такими как хондроитинсульфат и дерматансульфат, обсуждалась роль ГН, в развитии патогенетических механизмов атеросклероза [24].
Функционально-метаболические особенности и свойства ГН делают перспективным его использование при многих патологических состояниях. Например, в комплексной терапии у пациентов с кистозным фиброзом легкого [12].
При кожной патологии, такой как актинический кератоз (самая распространенная кожная неопла-зия), ГК также дает положительный результат [16].
Широкое распространение получило использование ГН в косметологии, в частности при омолаживающих процедурах [15, 26-28, 32, 37, 38].
В экспериментальных исследованиях ГН уменьшал воспалительный процесс и отек легкого у крыс с экспериментальной патологией легкого [23].
В глазной хирургии ГН применялся в условиях экспериментального косоглазия у кроликов [40]. У собак проводился морфологический и биохимический анализ роговой оболочки глаз при изучении взаимосвязи коллагена, гликозаминогли-канов и ГН с целью повышения ее прозрачности с помощью ГН [22].
Являясь важным компонентом синовиальной жидкости и матрицы хряща, ГН вносит существенный вклад в поддержание гомеостаза внутренней среды сустава.
Достаточно широкое распространение ГН в качестве лекарственного средства получил при суставной патологии, проявляя сберегающее действие на хрящевую ткань.
Механизм действия ГН был представлен в обзоре Corrado et al. (1995) [17] в условиях эксперимента, где было показано, что in vitro ГН вызывал усиленную агрегацию фрагментов хрящевых протеогликанов и ингибировал хемотаксис лейкоцитов и их миграцию, фагоцитоз, адгезию моноцитов и пролиферацию лимфоцитов. В исследованиях in vivo стимулировался эндогенный синтез этого вещества в культуре синовиоцитов, а также синтез протеогликанов в культуре хондробластов. В данном обзоре фармакологическая активность высокомолекулярного ГН показана на различных видах животных со спонтанными артритами и индуцированными суставными заболеваниями. Внутрисуставное введение ГН оказывало снижение и, даже предотвращение дегенеративных изменений в суставном хряще кроликов при иммобилизации и после синовэктомии. У животных с септическим артритом введение высокомолекулярного ГН вызывало тот же положительный эффект, что и при остеоартрозе.
Экспериментальное исследование in vitro показало протективный эффект ГН при повреждающем действии на хрящ интерлейкина-1. Было обнаружено, что меченый флуоросцеином ГН способен проникать в хрящевую ткань и стимулировать синтез эндогенных протеогликанов [18].
После внутрисуставного введения ГН с молекулярной массой около 7 х 105 Да обнаружено повышение вязкости синовиальной жидкости [30]. Возможно, что экзогенный ГН сам по себе не только улучшает реологические свойства синовиальной жидкости, но и стимулирует синтез эндогенного ГН с высокой молекулярной массой.
В многочисленных экспериментальных исследованиях внутрисуставное введение ГН при ос-теоартрозе показало его многоплановое воздействие на суставные структуры.
В эксперименте на собаках с остеоартрозом введение ГН с молекулярной массой 7 х 105 Да в течение пяти недель показало положительное воздействие на жизнедеятельность хондроцитов и других суставных структур, а также привело к снижению пролиферации синовиальных клеток [7].
В эксперименте на овцах изучались различные дозировки ГН с молекулярной массой 8 х 105 Да и 2 х 106 Да. Локальное применение ГН с большой мол
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.