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透明質(zhì)酸
唯一一種非硫酸化的糖胺聚糖
基本信息
中文名
透明質(zhì)酸
英文名
hyaluronic acid
別名
糠醛酸、玻璃酸、玻尿酸
CAS號
9004-61-9
性質(zhì)
化學式
（C??H??NO??）n（n為下標）
結構式
外觀
白色無定形固體
氣味
無臭無味
發(fā)現(xiàn)歷史
透明質(zhì)酸的發(fā)現(xiàn)
透明質(zhì)酸是一種酸性黏多糖，該有機物在生物體中就是固定存在的，具有非常重要的生理功能。
1934年，美國哥倫比亞大學的卡爾梅耶（Karl Meyer）和約翰帕爾默（John Palmer）二人第一次從牛眼玻璃體中分離出了透明質(zhì)酸，并將其進行了命名。透明質(zhì)酸的英文名為hyaluronic acid，該詞匯的來源是單詞hyaloid和uronic acid，意為“玻璃狀的”和“糠醛酸”。
20世紀70年代，國外的科學家在相關研究中首次發(fā)表了關于透明質(zhì)酸的提取步驟。1986年，巴拉茲（Endre Balazs）將透明質(zhì)酸的名字進行了規(guī)范化以符合多糖的國際命名法，改為hyaluronan，用來覆蓋透明質(zhì)酸的各種分子形式（包括酸和鹽的形式）。在20世紀90年代，隨著新的透明質(zhì)酸的提取方法——發(fā)酵法的出現(xiàn)，透明質(zhì)酸的相關行業(yè)逐漸形成，人們開始真正認識透明質(zhì)酸的各種性質(zhì)和功能，自此，透明質(zhì)酸的應用日漸廣泛。
透明質(zhì)酸的應用歷史
在20世紀50年代，透明質(zhì)酸首次被引入醫(yī)療領域，用以替代玻璃體。1968年，透明質(zhì)酸開始用于燒傷的治療。20世紀90年代起，透明質(zhì)酸逐漸被引入中國，并且有效地在各個醫(yī)療領域，如骨科、整形外科等進行應用。透明質(zhì)酸已經(jīng)在包含醫(yī)療、食品在內(nèi)的多個領域有了非常成熟且廣泛的應用。
化學結構
透明質(zhì)酸中單體的連接方式及特點
對于天然形成的透明質(zhì)酸來說，其雙糖單元為D-葡萄糖醛酸和N-乙酰-D-氨基葡萄糖。將二者連接成為一個雙糖單元的化學鍵為β-1,3糖苷鍵。而多個雙糖單元則是通過β-1,4糖苷鍵進行連接的。也就是說，對于透明質(zhì)酸來說，整個分子鏈排布為[(1→3)-β-D-GlcNAc-(1→4)-β-D-GlcUA-]（參考圖2）。
透明質(zhì)酸的空間結構及連接方式
透明質(zhì)酸的整個分子鏈呈現(xiàn)出兩折螺旋結構，正是因為這種結構的存在，使得分子鏈中出現(xiàn)大量氫鍵，結構穩(wěn)定，而具有剛性。而正是由于氫鍵的存在，能夠使得透明質(zhì)酸的分子鏈在空間中呈現(xiàn)出柱型螺旋結構。在水溶液中，透明質(zhì)酸的分子鏈呈現(xiàn)出膨脹的無規(guī)線團結構，在低濃度下相互纏結，形成三維網(wǎng)狀結構。透明質(zhì)酸的分子結構式如下：
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
透明質(zhì)酸，又名玻尿酸。作為糖胺聚糖的一種，透明質(zhì)酸具有許多天然糖胺聚糖的共有性質(zhì)。透明質(zhì)酸外觀為白色的無定形固體，無臭無味，溶于水，有較強的吸濕性，不溶于醇、酮、乙醚等有機溶劑。商品HA一般是鈉鹽的形式，也就是透明質(zhì)酸鈉，是一種無臭無味的白色無定形或纖維狀粉末，吸濕性強。對于不同的生物體來說，其體內(nèi)所含透明質(zhì)酸的相對分子質(zhì)量、分子鏈長度是不同的，一般來說，分子量范圍為2 × 10?~7 × 10?，雙糖單位數(shù)大約在300~11100。其水溶液帶有負電，呈酸性。在透明質(zhì)酸濃度高時，分子間的氫鍵形成將導致物理交聯(lián)，使透明質(zhì)酸分子呈網(wǎng)狀存在，表現(xiàn)出非牛頓流體的行為，具有較高的黏彈性和滲透壓。
化學性質(zhì)
透明質(zhì)酸是目前發(fā)現(xiàn)的唯一一種不含有硫的糖胺聚糖。該物質(zhì)和普通糖胺聚糖的區(qū)別在于透明質(zhì)酸通過細胞膜表面的膜蛋白結合而成，而不是由細胞高爾基體合成。透明質(zhì)酸還擁有許多不同于其它糖胺聚糖的獨特的化學性質(zhì)，這些化學性質(zhì)能夠方便透明質(zhì)酸的改性，以得到更好的應用，具體化學反應如下：
酯化反應
透明質(zhì)酸提供羥基
透明質(zhì)酸提供羧基
對于透明質(zhì)酸來說，羧基是其重要的活性官能圖。這一基團使得透明質(zhì)酸能夠和醇類發(fā)生酯化反應，如甲基丙烯酸縮水甘油酯、白藜蘆醇等物質(zhì)就可以利用其羥基和透明質(zhì)酸發(fā)生酯化反應，從而達到改性的目的。
酰胺化反應
成醚反應
在強堿的條件下，羥基將會優(yōu)于羧基發(fā)生去離子化，形成具有強親和性的氧負離子。這樣的離子能夠發(fā)生親核加成，從而形成醚鍵。
生理功能
相比于其他化學物質(zhì)，透明質(zhì)酸作為人體內(nèi)固有的生物大分子，是構成眼玻璃體、關節(jié)滑液等結締組織的主要成分，具有一些獨特的生理功能，如下：
高保濕性
透明質(zhì)酸本身具有極強的保水性，呈現(xiàn)出極其重要的生理功能。在人體中，透明質(zhì)酸廣泛存在于人體的表皮與真皮中，在細胞間起到填充作用，保護人體中的水分不發(fā)生大量流失。
修復性
透明質(zhì)酸是一種活性很好的高聚物。在人體內(nèi)，透明質(zhì)酸能夠調(diào)控表皮細胞的增殖與分化，也可以消除危害皮膚的游離基，還能夠促進血管生成和角質(zhì)形成細胞的增殖和遷移。對于受傷皮膚，透明質(zhì)酸還能加速皮膚愈合，促進受損皮膚得以迅速地修復和再生。
抗菌性
將透明質(zhì)酸和多糖結合時，由于其成膜性，將會形成一層水化膜。正是由于這層膜的存在，對外界物質(zhì)起到阻隔作用，即能夠阻隔細菌，起到抗菌的作用。除此之外，在皮膚基質(zhì)中，透明質(zhì)酸和蛋白質(zhì)結合形成的復合凝膠具有非常好的保水性，不僅可以保護細胞組織的正常代謝，也可以避免細菌進入細胞，可以起到防止皮膚感染、保護皮膚的作用。
體內(nèi)降解特性
透明質(zhì)酸在機體內(nèi)降解極快，其半衰期只有1~2天。之所以透明質(zhì)酸會在體內(nèi)發(fā)生降解，是由于原位降解產(chǎn)生較小的寡糖、寡糖在細胞內(nèi)和淋巴結內(nèi)進一步降解。一般地，這樣的降解會通過酶解作用和自由基降解作用共同完成，且溫度對于降解作用的速度會有一定的影響。經(jīng)過降解后，產(chǎn)物最終會被肝、腎臟消除。
對于口服而言，透明質(zhì)酸可以在消化道內(nèi)被吸收。研究發(fā)現(xiàn)其吸收機制是先由透明質(zhì)酸酶降解為寡糖，再由β-D-葡萄苷酸酶和β-N-乙酰-D-氨基己糖苷酶降解為單糖，再以單糖的形式被機體吸收。
應用領域
由于透明質(zhì)酸具有良好的生物相容性、保濕性等各種生理特性，且是一種本身就存在于生物組織中的高分子，因此透明質(zhì)酸對于人類而言具有非常廣泛的應用范圍，經(jīng)常被用于醫(yī)學、化妝品、藥品等各個領域。常見的透明質(zhì)酸的應用領域如下：
化妝品原料
由于透明質(zhì)酸的生物特性，使其能夠有效地保持皮膚水分，使皮膚保持光滑、柔軟、滋潤。因此，透明質(zhì)酸常被作為化妝品、護膚品的天然原料而進行添加。不僅如此，透明質(zhì)酸作為一種化妝品原料，還具有能夠維持細胞外空間、消除有害自由基、參與角蛋白細胞的變化過程等等的功效，對皮膚保護、屏障修護等具有非常有效的作用。
醫(yī)藥領域
由于透明質(zhì)酸本身具有的良好的生物相容性和各種生理特性，其在醫(yī)藥領域的作用也是十分廣泛。
醫(yī)療治療領域
在醫(yī)療治療方面，透明質(zhì)酸常被用于經(jīng)皮給藥的遞送載體、治療膝骨關節(jié)炎、燙傷治療、眼科手術的輔助劑等，對于創(chuàng)面愈合、潤滑防磨等問題均能夠進行良好的解決。大量臨床醫(yī)學實驗證明，透明質(zhì)酸能夠有效防止術后粘連。
在醫(yī)療器械方面，透明質(zhì)酸可以用于傷口敷料、功能敷料，由于其良好的成膜性，作為一種敷料的原料，具有極大的優(yōu)勢，能夠加速傷口治療，同時做到抑菌。
在藥劑學方面，透明質(zhì)酸能夠與其它藥物相結合，提高藥物的穩(wěn)定性，還能夠作為多種藥物，如抗腫瘤、抗炎藥物以及麻醉劑等的緩釋載體。此外，研究表明，某些實體腫瘤和轉(zhuǎn)移淋巴細胞表面存在大量透明質(zhì)酸受體，因此把藥物分子接枝或者黏附于透明質(zhì)酸類藥物載體上，能夠和腫瘤細胞表明具有的受體靶向結合，使更多藥物分子到達腫瘤組織，從而提高藥效，降低毒副作用。
醫(yī)美領域
在醫(yī)療美容領域，透明質(zhì)酸被廣泛使用在除皺、豐唇、面部填充、輪廓塑性等方面。相比于以往常用的硅膠假體，利用透明質(zhì)酸進行填充，得益于其良好的生物相容性，可以做到與身體內(nèi)組織更好地相互融合，減少了免疫排斥反應，使皮膚保持更高的活性，以及更低的感染概率。此外，可以利用透明質(zhì)酸在體內(nèi)的降解、吸收特性，對不滿意的填充部位進行調(diào)整重塑。不僅如此，進行透明質(zhì)酸的注射，還可以刺激膠原蛋白合成、抑制皮脂腺分泌、收縮毛孔，達到使面部年輕化、防止衰老的功效。正是因為這些功效，透明質(zhì)酸在醫(yī)美行業(yè)的發(fā)展前景十分廣闊。
需要注意的是，雖然透明質(zhì)酸在醫(yī)療領域有較多優(yōu)勢，但也存在相應弊端。例如，由于透明質(zhì)酸的降解特性，在骨關節(jié)炎治療中，當透明質(zhì)酸被降解后，關節(jié)中的滑膜液失去潤滑性能，將會導致關節(jié)磨損加劇。而在醫(yī)療美容領域，利用微針注射透明質(zhì)酸時，由于微針細小，一旦在皮膚中斷裂，很難處理；金屬材質(zhì)在皮膚中使用會造成明顯疼感；頻繁使用會造成毛孔增大、色素沉著；皮膚自愈閉合功能限制功效成分的吸收；此外，不規(guī)范的注射玻尿酸可能導致血管栓塞，也有很大的危險。因此，為解決這類問題，還需要進行更多的研究和臨床試驗。
食品領域
透明質(zhì)酸同樣可以作為一種保健食品，以口服的方式進行吸收，以達到護膚的作用。透明質(zhì)酸現(xiàn)階段在食品領域主要應用于保健藥品。有相關研究表明，口服透明質(zhì)酸與注射透明質(zhì)酸在一定程度上具有相同的功效。除作為保健食品以外，日本也將透明質(zhì)酸應用于普通食品甚至于調(diào)味劑，如果凍、酸奶、軟糖、果醬等。
需要注意的是，雖然目前透明質(zhì)酸在食品領域的發(fā)展空間巨大，但食品安全問題仍然是被廣泛關注的一個方面，如：原料監(jiān)管（如何在保障安全的同時兼顧資源的可持續(xù)利用）、安全評價（評價方法、機制等）等，均需要在未來發(fā)展過程中進行補充和研究驗證。
自透明質(zhì)酸被分離出的幾十年里，人們不斷地對其進行著研究，使得透明質(zhì)酸在各行各業(yè)中的應用變得越來越廣泛。但目前仍然存在一些問題，如透明質(zhì)酸在體內(nèi)的分解問題、透明質(zhì)酸帶來的不良反應等等，都是現(xiàn)階段急需解決的問題。
合成與制備
一般地，在生物體中形成的各種糖胺聚糖是在細胞內(nèi)的高爾基體中進行合成的。但透明質(zhì)酸與其他的糖胺聚糖的合成場所不同，透明質(zhì)酸是在細胞膜上通過膜蛋白合成的。由于透明質(zhì)酸是一種在動物體內(nèi)固定存在的有機高分子，因此對于其制備方法而言，主要有三種思路：一是直接從動物組織中進行提取，得到天然透明質(zhì)酸；二是利用微生物進行發(fā)酵，制備透明質(zhì)酸；三是人工合成法制備。具體能夠用到的方法如下：
組織提取法
組織提取法是直接從動物組織中提取透明質(zhì)酸的一種傳統(tǒng)的制備方法。該方法的原理主要是基于組織的化學水解。通過水解，將蛋白多糖的核心破壞，然后消除蛋白質(zhì)以恢復和保留透明質(zhì)酸的結構，得到所需產(chǎn)物。一般地，提取透明質(zhì)酸的主要原料是雞冠、鯨魚軟骨等。組織提取的材料相對稀缺，消耗巨大，價格昂貴，資源浪費嚴重，完全滿足不了目前各行各業(yè)對透明質(zhì)酸的巨大需求。因此，在不斷發(fā)展的過程中，發(fā)酵法逐漸代替了組織提取法，成為主流。
發(fā)酵生產(chǎn)法
透明質(zhì)酸是多種鏈球菌屬細菌莢膜的主要成分，因此可以利用發(fā)酵法培養(yǎng)鏈球菌來制取透明質(zhì)酸?？梢陨a(chǎn)透明質(zhì)酸的菌種主要有獸疫鏈球菌、馬疫鏈球菌、類馬疫鏈球菌。伯杰氏手冊中鏈球菌的A組與C組是已知的經(jīng)常用于透明質(zhì)酸生產(chǎn)的菌種。其中，A群主要是化膿鏈球菌等，是一種人體致病菌，對人體會產(chǎn)生危害，具有危險性，并不宜作為生產(chǎn)菌種；C群鏈球菌屬于非人體致病菌，相比之下更加適用于工業(yè)生產(chǎn)，因此，C群鏈球菌一般是制備透明質(zhì)酸的主要來源。由于發(fā)酵法相對于組織提取法具有成本低、產(chǎn)量高，且更加容易規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)勢，且對于資源的消耗小、利用程度更高，因此逐漸成為了制備透明質(zhì)酸的主要方法。
由于組織提取法和發(fā)酵生產(chǎn)法都屬于從生物組織中直接進行透明質(zhì)酸的提取制備，因此得到的透明質(zhì)酸中不可避免地存在一些核酸、蛋白質(zhì)等的雜質(zhì)。在得到透明質(zhì)酸粗品之后，后續(xù)的分離純化主要有沉淀、過濾和吸附三種方法。分離純化是制備高品質(zhì)、高純度透明質(zhì)酸的過程中必不可少的一步。
人工合成法
人工合成法是利用天然酶進行聚合反應合成透明質(zhì)酸的一種方法。首先，利用酶類，將多糖類聚合物合成透明質(zhì)氧氮雜環(huán)戊烯衍生物，加入水分解酶生成衍生物和酶的復合體，最后將酶去除，經(jīng)過純化加工后就可以得到透明質(zhì)酸。該方法最大的優(yōu)點就是原料充足。目前，還在研究階段，技術尚未成熟，仍需進一步的研究，才能夠進入工業(yè)大批量生產(chǎn)階段。
安全事宜
透明質(zhì)酸作為一種在動物組織中天然存在的有機物，本身是無毒無害的，具有非常高的安全性。但是當透明質(zhì)酸作為一種外來注射或口服的藥品進入人體組織內(nèi)時，即便其具有良好的生物相容性，也仍然應考慮到其排斥反應、中毒劑量等潛在的風險，進行提前了解和避免。
健康相關
一般地，口服透明質(zhì)酸對于人體影響較小，相關實驗研究表明，按照正常劑量服用透明質(zhì)酸人群的一般情況和檢測指標均能夠保持正常，且無相關不良反應。但在注射時，可能會由于操作不當、排斥反應等原因而引起一系列并發(fā)癥，具體可能在注射后產(chǎn)生的并發(fā)癥如下：
術后輕度不適以及皮膚色澤改變
在進行透明質(zhì)酸注射后的幾小時到幾天之內(nèi)，病患的注射部位可能出現(xiàn)局部輕度疼痛、紅腫等現(xiàn)象，產(chǎn)生一些輕微的不適癥狀。這樣的情況出現(xiàn)的原因主要是由于注射物中含有免疫原性蛋白，這樣的蛋白質(zhì)污染物可能會導致發(fā)生過敏反應，產(chǎn)生輕微癥狀。大多數(shù)情況下，這些現(xiàn)象在治療后的3天內(nèi)出現(xiàn)，一般2周內(nèi)可以自然消失。
血管栓塞
血管栓塞是由于填充物阻礙動脈流動而造成的。當透明質(zhì)酸注射到人體內(nèi)時，由于其通過毛細血管網(wǎng)絡進行自由擴散，就可能在血管中發(fā)生閉塞導致缺血。這樣的癥狀大多是局部的，一般靠近注射部位，而在高壓血管內(nèi)注射時，血栓可能阻塞在較遠的血管，甚至對側(cè)位置，產(chǎn)生矛盾的缺血區(qū)。如果不進行適當治療，就會導致組織壞死；在視網(wǎng)膜血管損傷的情況下，就會導致眼部癥狀。
在這一類癥狀中，比較常見的是皮膚組織壞死，這也是透明質(zhì)酸填充注射治療中最為嚴重的并發(fā)癥。眼科癥狀也是血管并發(fā)癥的一類。任何有眼科癥狀的患者，如視力下降、眼痛、眼球突出、眼瞼下垂或眼球麻痹，應緊急轉(zhuǎn)診到眼科進行專業(yè)治療。注射透明質(zhì)酸導致視力喪失是一種破壞性極強的并發(fā)癥，必須及時醫(yī)治。曾經(jīng)在醫(yī)美行業(yè)出現(xiàn)過因為經(jīng)驗不足而導致注射后出現(xiàn)血管并發(fā)癥的情況，因此這種問題應該要引起極度的重視。
注射量相關影響
醫(yī)師臨床經(jīng)驗不足時，極有可能出現(xiàn)注射量不足或者注射量過多的問題，從而導致并發(fā)癥。由于患者經(jīng)濟狀況及不合理要求、醫(yī)師對于注射量估計錯誤、注射位置不準確等等問題，均可能造成注射后的填充效果不理想。
體內(nèi)分解影響
根據(jù)文獻報道，由于人體內(nèi)本身就存在分解透明質(zhì)酸的相關酶類，因此，注射透明質(zhì)酸后的6~12個月，人體就可能對注射的透明質(zhì)酸進行吸收，而導致治療效果的消失。這是一種普遍存在的現(xiàn)象，影響較小，一般只要進行及時的保養(yǎng)和修復，就不會產(chǎn)生太大的不良影響。
防護措施
術后輕度不適以及皮膚色澤改變保養(yǎng)
關于術后不適和皮膚色澤改變方面，相關保養(yǎng)措施如下：
2、治療保養(yǎng)方面，治療結束前后均進行冷敷，防止紅腫產(chǎn)生。
3、醫(yī)療禁忌方面，術前兩周之內(nèi)避免服用抗凝血和擴張血管的藥物等。
血管相關并發(fā)癥防護
注射透明質(zhì)酸過程中，注射醫(yī)師必須準確了解且熟練知曉注射區(qū)域的解剖結構和血管分布，且在進針后必須進行回抽操作以確保注射針頭沒有損傷到血管。一旦出現(xiàn)血管相關并發(fā)癥的征兆，應立即就醫(yī)進行專業(yè)的緊急處理。出現(xiàn)眼科癥狀時，必須在90分鐘內(nèi)開始治療，否則失明的風險將會是永久性的。
注射量相關影響的避免
根據(jù)注射量的不同情況，可以分為兩類進行分別解決：當透明質(zhì)酸注射量不足時，再次就醫(yī)可以向醫(yī)生提前說明，并考慮采用多次注射填充的方法進行填充，填補原來的不足，以達到理想效果；當透明質(zhì)酸注射量過大時，應注射適量的透明質(zhì)酸酶，對多余的透明質(zhì)酸進行降解，以達到對填充效果進行修正的目的。
體內(nèi)分解影響解決措施
對于所有的注射透明質(zhì)酸的患者來說，透明質(zhì)酸的體內(nèi)分解問題是普遍存在的，是一種自然現(xiàn)象，危險性小，不良影響小，也容易解決。當出現(xiàn)透明質(zhì)酸酶對透明質(zhì)酸的分解問題時，最有效的方法就是再次進行維持注射。通過這樣的方式，可以對已經(jīng)被分解的透明質(zhì)酸進行補充完善，以達到恢復第一次注射的狀態(tài)的效果。
透明質(zhì)酸生物相容性好，不良反應少，相比與其他類型的醫(yī)療、美容類藥物，無論是口服抑或注射，都有較高的安全性。在進行注射時，需要掌握透明質(zhì)酸的相關適應證與禁忌證、醫(yī)師有較為熟練的操作水準，相對之下其風險較小，相關并發(fā)癥也可以得到有效預防和解決，對于絕大多數(shù)患者來說，都是可以接受并進行使用的。
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這家伙太懶了，什么都沒寫！
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