INHALTSVERZEICHNIS
Was ist Hyaluronsäure?
Molekulargewicht: Was bedeutet das?
Das Molekulargewicht einer Substanz hängt von der Art und der Anzahl der Atome ab, aus denen sie besteht.
In der Praxis wird das Molekulargewicht berechnet, indem die Atommassen aller Atome im Molekül addiert werden.
Von wenigen Ausnahmen abgesehen, haben große Moleküle meist ein höheres Molekulargewicht als kleinere Moleküle.
Hyaluronsäure mit unterschiedlichem Molekulargewicht besteht aus einer Mischung verschieden großer und komplexer Hyaluronsäuremoleküle. Häufig wird sie als kosmetischer Inhaltsstoff beworben.
Molekulargewicht der Hyaluronsäure
Hyaluronsäure ist ein hochmolekulares Polysaccharid aus einer linearen Kette sich wiederholender Disaccharideinheiten aus Glucuronsäure und N-Acetylglucosamin.
Je mehr dieser Disaccharideinheiten vorhanden sind, desto höher ist das Molekulargewicht der Hyaluronsäure.
Im menschlichen Körper sowie in medizinischen und kosmetischen Präparaten kommt Hyaluronsäure in unterschiedlichen Molekülgrößen vor.
Nach ihrem Molekulargewicht lässt sich Hyaluronsäure in drei Gruppen einteilen 1:
- hohes Molekulargewicht, mindestens 3.000 kDa;
- mittleres Molekulargewicht, 1.500 bis 3.000 kDa;
- niedriges Molekulargewicht, höchstens 1.500 kDa.
Nieder-, mittel- und hochmolekulare Hyaluronsäure besitzt unterschiedliche kosmetische Eigenschaften und Wirkungen auf die Haut:
- niedermolekulare Hyaluronsäure kann tiefer eindringen und mit bestimmten Rezeptoren interagieren, wodurch Mitose und Zellvermehrung angeregt werden;
- Hyaluronsäure mit mittlerem Molekulargewicht dringt in die Haut ein und liefert die Feuchtigkeit, die zur Erhaltung von Spannkraft und Festigkeit erforderlich ist;
- hochmolekulare Hyaluronsäure bleibt an der Oberfläche der Epidermis und bildet dort einen unsichtbaren Film, der die Wasserverdunstung begrenzt und so einer Austrocknung entgegenwirkt.
Durch die Kombination dieser Eigenschaften schafft Hyaluronsäure mit unterschiedlichen Molekulargewichten optimale Bedingungen, um den Alterungsprozess der Haut zu verhindern und zu bekämpfen 2.
Anwendung in der ästhetischen Medizin
Die meisten Hyaluronsäureprodukte in der ästhetischen Medizin beruhen auf einer chemischen Vernetzung, dem sogenannten Cross-Linking.
Während das Molekulargewicht die Länge der Hyaluronsäurekette beschreibt, werden beim Cross-Linking Querverbindungen zwischen den einzelnen Ketten eingefügt.
Durch die Vernetzung wird die Struktur der Hyaluronsäure verändert, um gewünschte Eigenschaften wie unterschiedliche Stabilität und Beweglichkeit, Viskosität, Elastizität und Haltbarkeit zu erzielen. Für den Volumenaufbau der Wangenknochen wird beispielsweise eine andere Hyaluronsäure benötigt als für Falten im Augenbereich.
Daher sind verschiedene Filler erhältlich, die sich in Hyaluronsäurekonzentration, Molekulargewicht, Vernetzungsgrad sowie im Zusatz von Lidocain zur Schmerzlinderung oder anderen Wirkstoffen unterscheiden.
Filler mit hoher Dichte und großen Partikeln werden für tiefe dermale Injektionen empfohlen, etwa bei Nasolabialfalten oder zur Volumenkorrektur. Weniger dichte Filler mit kleinen Partikeln eignen sich eher für feine Linien.
Anwendung in der Orthopädie: Welche Hyaluronsäure ist besser?
Arthrose ist durch einen fortschreitenden Abbau des Knorpels gekennzeichnet. Dadurch verändern sich die Oberflächen der darunterliegenden Knochen, es entstehen Schmerzen und die Gelenkfunktion nimmt ab.
Das Fortschreiten der Arthrose im Alter geht mit einer Abnahme der natürlichen Hyaluronsäure in der Synovialflüssigkeit einher, die den Knorpel umspült und ernährt. Gleichzeitig nehmen niedermolekulare Hyaluronsäurefragmente zu.
In großen Gelenken wie Hüfte und Knie können intraartikuläre Hyaluronsäure-Injektionen den Knorpelabbau möglicherweise verlangsamen und Schmerzen lindern. Auch hier scheinen unterschiedliche Molekulargewichte verschiedene Auswirkungen auf Schmerzlinderung, Funktion und die Verschiebung einer Operation zu haben.
In vitro löst niedermolekulare Hyaluronsäure beispielsweise entzündungsfördernde Reaktionen aus, während höhermolekulare Formen entzündungshemmende Reaktionen anstoßen und dadurch den Knorpelabbau möglicherweise hemmen.
Klinischen Studien zufolge scheint Hyaluronsäure mit hohem Molekulargewicht ab 3.000 kDa oder ultrahohem Molekulargewicht über 6.000 kDa länger zu wirken, weniger Injektionen zu erfordern und bei leichter bis mittelschwerer Kniearthrose geringere Kosten sowie größere Vorteile zu bieten als niedermolekulare Formen unter 3.000 kDa 1.
Bei der Wundheilung
In den frühen Phasen der Wundheilung wird hochmolekulare Hyaluronsäure in niedermolekulare Fragmente abgebaut, die Entzündungsreaktionen auslösen.
In späteren Phasen trägt neu gebildete hochmolekulare Hyaluronsäure dazu bei, Entzündungen zu hemmen, die Gewebereparatur zu fördern und die Narbenbildung zu begrenzen 1a.
Eigenschaften
Hyaluronsäure verleiht der Haut besondere Eigenschaften wie Widerstandsfähigkeit und Formstabilität. Außerdem unterstützt sie eine optimale Feuchtigkeitsversorgung der Hautzellen.
Die Hyaluronsäurekonzentration im Körper nimmt mit dem Alter tendenziell ab. Ein Mangel schwächt die Haut und begünstigt Falten und Unebenheiten.
Etwa die Hälfte der Hyaluronsäure des Körpers befindet sich in der Haut. Dort bilden Fibroblasten, Keratinozyten und Endothelzellen Hyaluronsäurefamilien mit Molekulargewichten zwischen 50 und 3.000 kDa 2.
Hyaluronsäuremoleküle mit unterschiedlichem Molekulargewicht können verschiedene biologische und technologische Eigenschaften aufweisen.
Daher ist die Kenntnis des Molekulargewichts entscheidend, um Hyaluronsäure bei der Entwicklung von Biomaterialien, Kosmetika und Arzneimitteln richtig einzusetzen.
Grundsätzlich gilt:
- Hyaluronsäuremoleküle mit geringerem Molekulargewicht sind kleiner und können tiefere Hautschichten erreichen. Dort unterstützen sie den Feuchtigkeitsgehalt und können mit bestimmten Rezeptoren interagieren, wodurch der Zellstoffwechsel beeinflusst wird;
- hochmolekulare Hyaluronsäuremoleküle bleiben näher an der Hautoberfläche. Dort wirken sie vor allem filmbildend und helfen, Feuchtigkeit zu halten, bevor sie wieder abgewaschen werden.
Eigenschaften hochmolekularer Hyaluronsäure
Aufgrund ihrer Größe kann hochmolekulare Hyaluronsäure über 4.000 kDa die Hautbarriere nicht durchdringen.
Wird sie mit Cremes oder Hyaluronsäure-Seren aufgetragen, verteilt sie sich deshalb auf der Oberfläche der Epidermis.
Dort bildet sie einen dünnen, unsichtbaren Film, der den Wasserverlust begrenzt und die Verdunstung reduziert. Dies geschieht durch Wechselwirkungen mit wichtigen Molekülen in diesem Bereich, darunter Proteoglykane, Glykoproteine, Elastin und sieben verschiedene Kollagentypen.
Dieser dünne Schutzfilm hält die Haut weich, glatt und hydratisiert. Außerdem kann er leichte Hautreizungen und Entzündungen lindern.
Leider wird der Hyaluronsäurefilm durch Reinigungsprodukte und Reibung relativ schnell entfernt. Eine langfristige „heilende“ Wirkung entsteht daher nicht.
Topisch aufgetragene hochmolekulare Hyaluronsäure bildet einen äußeren Film, der den unmerklichen Wasserverlust reduziert und dadurch indirekt die Hautfeuchtigkeit verbessert.
In Kosmetika kann Hyaluronsäure nicht nur als funktioneller Inhaltsstoff, sondern auch als Verdickungsmittel eingesetzt werden. Dafür eignet sich hochmolekulare Hyaluronsäure am besten.
Eigenschaften mittelmolekularer Hyaluronsäure
Hyaluronsäure mit mittlerem Molekulargewicht von 500 bis 4.000 kDa dringt in die Haut ein und hilft durch die Bindung großer Wassermengen, Spannkraft und Festigkeit zu erhalten.
Laut einer Studie besitzt sie die optimale Größe für die Interaktion mit Oberflächenrezeptoren und kann die Hyaluronsäuresynthese anregen 2.
Eigenschaften niedermolekularer Hyaluronsäure
Niedermolekulare Hyaluronsäure unter 500 kDa kann die Epidermis durchdringen und bis in die subkutanen Schichten gelangen.
Das geringe Molekulargewicht erhöht die Chance, die Haut zu durchdringen. Durch den besseren Feuchtigkeitseffekt werden die Gewebe vorübergehend aufgepolstert und kleine Falten geglättet.
Sie kann außerdem die physiologische Kollagenbildung fördern. Kollagen trägt dazu bei, Dichte und Festigkeit der Haut zu erhalten 2.
Eine In-vitro-Studie zeigte beispielsweise, dass kleine Hyaluronsäurefragmente von 2 kDa nach topischer Anwendung die Hornschicht durchdringen und gleichzeitig Kollagensynthese und Kollagenabbau aktivieren können 2a.
Im klinischen Teil dieser Studie verringerte eine Creme mit 0,1 % Hyaluronsäure-Oligosacchariden von 2 kDa nach 8 Wochen die maximale Tiefe der Nasolabialfalten und Krähenfüße gegenüber derselben Creme ohne Hyaluronsäure.
Diese Hyaluronsäureform soll allerdings nur eine geringe Affinität zu Hyaluronsäurerezeptoren besitzen und die körpereigene Hyaluronsäuresynthese kaum anregen 3.
Niedermolekulare Hyaluronsäure wird auch als hydrolysierte Hyaluronsäure bezeichnet.
Welche Hyaluronsäure ist die beste?
In Kosmetika
Eine Studie untersuchte Hyaluronsäure mit verschiedenen Molekulargewichten von 50, 130, 300, 800 und 2.000 kDa, die in einer Konzentration von 0,1 % auf die Haut aufgetragen wurde 4.
Nach 60 Tagen bewirkten sowohl 50-kDa- als auch 130-kDa-Hyaluronsäure eine signifikante Verringerung der Faltentiefe. Formen mit höherem Molekulargewicht waren weniger wirksam.
In einer weiteren Studie verringerte eine Creme mit niedermolekularer Hyaluronsäure trockene Haut bei älteren Menschen stärker als dieselbe Creme mit hochmolekularer Hyaluronsäure 4a.
Die Verwendung von Hyaluronsäure-Cremes mit unterschiedlichen Molekulargewichten kann jedoch die spezifischen Vorteile beider Formen verbinden und sowohl oberflächlich als auch tiefer hydratisieren.
Eine Studie kam zu dem Ergebnis, dass die höhere Wirksamkeit einer Kombination mit einem Molekulargewicht zwischen 50 und 2.500 kDa auf dem Zusammenwirken der unterschiedlichen Molekülgrößen beruht. Zusammen schaffen sie optimale Bedingungen, um Hautalterung vorzubeugen und ihr entgegenzuwirken 2.
Aus diesem Grund verwenden wir in unseren X115®-Cosmeceuticals Kombinationen aus hoch-, mittel- und niedermolekularer Hyaluronsäure.
In Nahrungsergänzungsmitteln
Hyaluronsäure kann der Haut deutliche Vorteile bieten, auch bei oraler Einnahme.
Studien haben gezeigt, dass die Darmschleimhaut unmittelbar nur niedermolekulare Hyaluronsäure von 5 bis 70 kDa aufnehmen kann 5.
Hochmolekulare Hyaluronsäure kann jedoch ebenfalls sinnvoll als Nahrungsergänzungsmittel eingesetzt werden.
Nach der Einnahme wird sie durch bestimmte Enzyme, die Hyaluronidasen der Darmflora, fragmentiert beziehungsweise hydrolysiert 6, 7.
Nach dieser „Verdauung“ werden die Hyaluronsäurefragmente aufgenommen und können sich in Haut, Gelenken und anderen Geweben anreichern.
Kawada und Kollegen kamen zu dem Schluss, dass oral eingenommene hochmolekulare Hyaluronsäure mit 300 und 800 kDa in Dosierungen von 120 beziehungsweise 200 mg täglich über 6 Wochen vor trockener Haut und lichtbedingter Hautalterung schützen kann 8.
Nach 2 Wochen war der Feuchtigkeitsgehalt der Haut allerdings nur in der Gruppe mit 300-kDa-Hyaluronsäure signifikant erhöht.
Weitere Studien beobachteten Vorteile bei der Einnahme von Hyaluronsäure mit 900 kDa 9, 10, 11.
Andere Untersuchungen verwendeten 80-kDa-Hyaluronsäure 12, 13, während eine weitere Studie Vorteile mit einer 300-kDa-Form zeigte 14.
Eine weitere Studie beschrieb Vorteile eines Nahrungsergänzungsmittels mit 2,5-kDa-Hyaluronsäure 15.
Andere patentierte Präparate enthalten eine Mischung aus nieder- und hochmolekularer Hyaluronsäure 16.
Wie wird Hyaluronsäure gewonnen?
Das Molekulargewicht der Hyaluronsäure hängt zunächst von ihrer Gewinnungsquelle ab.
Hyaluronsäure aus tierischen Ausgangsstoffen besitzt meist ein sehr hohes Molekulargewicht von bis zu 20.000 kDa. Hahnenkämme enthalten beispielsweise Hyaluronsäure mit 1.200 kDa, die Nabelschnur Moleküle mit 3.400 kDa und der Glaskörper von Rindern Hyaluronsäure mit 770 bis 1.700 kDa.
Biotechnologisch hergestellte Hyaluronsäure besitzt dagegen ein Molekulargewicht von 1.000 bis 4.000 kDa.
Enzymatische Verfahren ermöglichen es, diese Makromoleküle zu zerlegen und Polysaccharide mit einem Molekulargewicht zwischen 550 und 2.500 kDa zu gewinnen 17.
Darüber hinaus können Wärme und die kontrollierte Aktivität des Enzyms Hyaluronidase kombiniert werden, um niedermolekulare Hyaluronsäurefragmente herzustellen.
