Hyaluronsäure

Hyaluronsäure (nach neuerer Nomenklatur: Hyaluronan, Abkürzung HA) ist ein Glykosaminoglykan, das einen sehr wichtigen Bestandteil des Bindegewebes darstellt und auch eine Rolle bei der Zellproliferation, Zellwanderung und Tumorentstehung spielt.

Funktionen

Hyaluronsäure erfüllt im Körper viele Funktionen, wobei die zahlreichen verschiedenen chemisch-physikalischen Eigenschaften dieser Verbindung ausgenutzt werden.

Mechanische Funktionen

Wasserspeicherung

Die Hyaluronsäure besitzt die Fähigkeit, relativ zu ihrer Masse sehr große Mengen an Wasser zu binden (bis zu sechs Liter Wasser pro Gramm). So besteht der Glaskörper des Auges zu 98 % aus Wasser, das an nur 2 % Hyaluronsäure gebunden ist.

Druckbeständigkeit

Wasser ist nur sehr wenig komprimierbar und gibt diese Eigenschaft auch an hyaluronsäurehaltiges Gewebe weiter, in dem wie oben erwähnt sehr viel Wasser gebunden werden kann. Dies gilt allgemein für große Teile des Bindegewebes, spezielle Bedeutung hat diese Tatsache während der Embryonalentwicklung, wenn feste Strukturen noch nicht entwickelt sind. Ein weiteres bekanntes Beispiel ist der Nucleus pulposus, der Gallertkern der Bandscheiben, der so große Teile des Körpergewichts tragen kann.

Schmiermittel

Die Hyaluronsäure ist Hauptbestandteil der Synovia (Gelenkflüssigkeit) und wirkt als Schmiermittel bei allen Gelenkbewegungen. Sie zeichnet sich hier zusätzlich durch thixotrope Eigenschaften aus: Ihre Viskosität verändert sich mit einwirkenden mechanischen Kräften, genauer nimmt die Viskosität ab, je stärker die Scherkräfte werden. Zudem ist sie zwar flüssig, aber durch ihre hochmolekulare Gestalt viskos genug, dass sie nicht wie Wasser aus dem Gelenk herausgepresst wird. Zudem "haftet" sie durch chemische Wechselwirkungen und die äußere Form besonders gut am Knorpel des Gelenks.

Wirken nun im Anfang einer Bewegung, zum Beispiel im Kniegelenk bei Absprung oder beim Stehen, starke Druckkräfte auf ein Gelenk, knäulen sich die Moleküle zu Kugeln zusammen und hängen wie in einem Kugellager an der Knorpeloberfläche. Wenn aber eine schnelle Scherbewegung nötig ist, so zum Beispiel beim Lauf, wird die Zähigkeit der Hyaluronsäure wegen ihrer Thixotropie herabgesetzt und die Reibung verringert.

Freihalten von Wegen

Für wanderende Zellen hält die Hyaluronsäure die "Verkehrswege" frei. Durch Erweiterung der Zellzwischenräume (Abstände zwischen den Zellen) wird die Migration (Wanderung) der Zellen unterstützt.

Biochemische Funktion

Während sich die bisher genannten Funktionen auf frei vorliegende Hyaluronsäure beziehen, ist sie auch an der Bildung weiterer, noch größerer Riesenmoleküle beteiligt, den Proteoglykanen. Insbesondere verknüpft sie bestimmte Proteoglykane (Aggrecan im hyalinen Knorpel) zu riesigen Proteoglykan-Aggregaten.

Interaktion mit Rezeptoren

Eine Reihe von Zelloberflächenrezeptoren interagieren mit Hyaluronsäure und lösen bestimmte Reaktionen der Zelle aus, vor allem die Proliferation und die Wanderung. In der Embryonalentwicklung sind diese Stimulationen notwendig, bei Kontakt mit Tumorzellen können sie allerdings auch entsprechend für den Organismus nachteilige Auswirkungen haben.

Chemischer Aufbau

Hyaluronsäure.png

Die Hyaluronsäure ist eine makromolekulare Kette aus Disacchariden, die wiederum aus je zwei Glukosederivaten bestehen: D-Glucuronsäure und N-Acetyl-D-glucosamid. Beide unterscheiden von der β-D-Glucose nur durch eine Substitution am 6. bzw. am 2. Kohlenstoff. Im Disaccharid wird die Glucuronsäure glykosidisch β(1->3) an das N-Acetylglucosamid geknüpft, das wiederum mit der nächsten Glucuronsäure in der polymeren Kette β(1->4) verbunden ist.

Im Bild ist links die D-Glucuronsäure und rechts das N-Acetylglucosamid dargestellt. Eine Kette besteht typischerweise aus 250-50000 Disaccharideinheiten.

In neutraler wässriger Lösung bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen hauptsächlich mit den Carboxyl- und den N-Acetylgruppen.

Biosynthese

Im Gegensatz zu allen anderen Glykosaminoglykanen wird die Hyaluronsäure nicht im endoplasmatischen Retikulum oder Golgi-Apparat zusammengesetzt, sondern von integralen Membranproteinen. Von diesen HA-Synthasen besitzen Wirbeltiere drei Typen, HAS1, HAS2 und HAS3. Diese Enzyme hängen von der Innenseite der Zelle her immer neue Monosaccharidbausteine an die Kette an, die so immer länger wird und nach außen durch die Membran aus der Zelle herauswächst. Zellbiologie

Einsatz in der Medizin

Seit etwa 1990 werden Hyaluronsäurepräparate in kranke Gelenke gespritzt. Die Wirksamkeit ist recht unterschiedlich. Bei vielen Leuten wirkt es funktionsverbessernd, eine deutliche Besserung wird für 6 bis 12 Monate angegeben. Bei manchen Leuten ergibt sich keine deutliche Besserung, eine Vorhersage ist kaum möglich. Manchmal kommt es zu dramatischen allergischen Reaktionen mit schweren Gelenkergüssen. Das beruhigt sich zwar nach ein paar Tagen wieder, aber das Ziel der Behandlung, die Funktion des Gelenkes zu verbessern, wird dann überhaupt nicht erreicht. Die Krankenkassen übernehmen die Kosten für diese Medikamente in der Regel nicht. Die allergischen Reaktionen waren anfangs durch die Tatsache bedingt, dass die Hyaluronsäure-Produkte früher aus Hahnenkämmen hergestellt wurden und daher Spuren von Hühnerprotein enthielten. Seit die Hyaluronsäure-Produkte gentechnisch hergestellt werden, sind allergische Reaktionen äußerst selten.

Einsatz in der Kosmetik

Hyaluronsäurepräparate werden auch zur Faltenunterspritzung oder zum Aufspritzen der Lippen (Vergrößerung) verwendet. Dazu verwendet man meist ein zähes Gel aus langkettigen Molekülen, das vom Körper sehr langsam abgebaut wird. Bei einem anderen Verfahren werden die HA-Moleküle mit UV-Licht aufgebrochen, in die Haut einmassiert, und anschließend mit einem Infrarot-Flächenlaser behandelt, wodurch die einmassierten Hyaluronsäurebruchstücke in der Haut wieder zu Makromolekülen reagieren und die Wirkung auf mehrere Wochen verlängert wird. Diese Säure fungiert als Alternative zu Collagen. Es sind keine Tests vorab notwendig, da sie sich fast gleich in der Anwendung verhält. Jedoch kommt es hierbei zu stärker ausgeprägten Nebenwirkungen (Brennen, Ausschlag, Rötung,...). Das Verfahren mit Hyaluronsäure bietet deshalb vorwiegend für Aufgeklärte und Eilige einen besonderen Vorteil. Die Präparate werden ständig weiterentwickelt, so dass sich dieser Umstand bald ändern kann. Ebenfall ist diese Säure in speziellen Antifaltencremes enthalten, die partiell der äußerlichen Behandlung dienen. Der Preis dafür ist mit anderen Cremes gleicher Art zu vergleichen und marktüblich. Über die Qualität gibt es (noch) keine verbindlichen Daten, da schließlich nur Symptome aber nicht die Ursachen behandelt werden.

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