Kolagen – właściwości i zastosowanie. Jaki ma wpływ na zdrowie?

Kolagen – jako tak powszechnie występujące białko – uznawany jest za czynnik charakterystyczny świata zwierząt, wyznacznik przynależności do organizmów zwierzęcych. Ta wszechobecność świadczy, paradoksalnie, o jego wyjątkowości. Niezwykła, skomplikowana budowa oraz funkcje pełnione w organizmie stanowią przedmiot badań naukowców od dziesiątek lat, ukazując ogromny potencjał tego białka dla przemysłu farmaceutycznego, kosmetycznego czy dla różnych działów medycyny.

Kolagen – czym jest?

Kolagen to niezwykle ważny polimer naturalny. Jest głównym składnikiem macierzy pozakomórkowej większości tkanek zwierzęcych, ale głównie tkanki łącznej, stanowiącej podporę i ochronę narządów oraz podstawę biernego układu narządu ruchu. Synteza kolagenu odbywa się głównie w fibroblastach, a w jego skład wchodzą wyłącznie aminokwasy endogenne.

Kolagenoza

Kolagenozami nazywało się dawniej choroby układowe tkanki łącznej. Obecnie wiadomo, że procesy patologiczne obejmują również inne składniki tkanki łącznej, nie tylko kolagen. Do tych chorób zapalnych o podłożu autoimmunologicznym zalicza się np. reumatoidalne zapalenie stawów (RZS), toczeń rumieniowaty układowy, zespół Sjögrena, twardzinę układową.

Kolagen – budowa

Białka kolagenowe tworzą charakterystyczne struktury, tzw. liny: prawoskrętne, rozciągnięte superhelisy, które powstają z nawinięcia się trzech pojedynczych, lewoskrętnych łańcuchów polipeptydowych wokół wspólnej osi. Każdy łańcuch zawiera około 1050 aminokwasów, z czego 30% stanowi glicyna, a około 20–25% cykliczne iminokwasy (kwasy iminokarboksylowe): prolina i hydroksyprolina. Taka potrójna helisa o długości 300 nm i średnicy 1,5 nm jest podstawową jednostką strukturalną kolagenu i nosi miano tropokolagenu. Na końcach tej struktury znajdują się telopeptydy – struktury odpowiedzialne za immunogenność białka. Superhelisy kolagenu są niezwykle odporne na działanie wszelkich proteaz. Degradacji ulegają jedynie pod wpływem enzymu – kolagenazy.

Rodzaje kolagenu

Jak dotąd w tkankach człowieka odkryto 29 typów kolagenów różniących się między sobą pełnionymi funkcjami, strukturą, lokalizacją i zawartością w tkankach.

Najlepiej poznano kolagen typu I. Białko to występuje w skórze i tkance podskórnej, ścięgnach, kościach, tętnicach i rogówce, a także w tkance tworzącej blizny. Również dobrze poznany kolagen typu II występuje wyłącznie w chrząstce. Tworzy wspólne włókna z kolagenem typu XI. Pozostałe typy zlokalizowane są np. w mięśniach szkieletowych, w macicy, jelitach, pęcherzu, mózgu, sercu, nerkach, w pępowinie, owodni i wielu innych.

Kolagen – działanie i właściwości

Podstawową funkcją białek kolagenowych jest utrzymanie strukturalnej integralności tkanek i narządów. Nie tylko wypełnia on przestrzeń między komórkami, ale również zapewnia wytrzymałość mechaniczną tkanki: twardość, sprężystość, elastyczność, sztywność. Kolagen wiąże wodę w tkankach, bierze udział w procesie krzepnięcia krwi, w procesach regeneracyjnych: gojeniu ran, tworzeniu blizn, zrastaniu się kości po złamaniach.

Wpływa na procesy odnowy komórkowej w skórze oraz utrzymuje odpowiedni poziom jej nawilżenia, co ma odzwierciedlenie w jej kondycji, wyglądzie, sprężystości.

Kolagen umożliwia lepsze wchłanianie składników mineralnych, zwiększając gęstość kości (macierz pozakomórkowa kości składa się bowiem w 90% z kolagenu i jego połączeń z wapniem, magnezem i fosforem). Wspiera także procesy ochronne i naprawcze w tkance chrzęstnej, zmniejsza aktywność enzymów odpowiedzialnych za stany zapalne i ból.

Zastosowanie kolagenu

Ze względu na biozgodność ze wszystkimi organizmami żywymi, swoją nietoksyczność, biodegradowalność, właściwości biologiczne i rozpowszechnienie, naturalny kolagen jest szeroko stosowany w farmacji oraz medycynie jako biomateriał i ma ogromny wpływ na rozwój takich dziedzin jak medycyna regeneracyjna czy inżynieria tkankowa. Aby znieść działanie immunogenne kolagenów w produktach medycznych, wytwarza się atelokolagen: tropokolagen pozbawiony telopeptydów.

Z kolagenów wytwarza się nici chirurgiczne, kompresy i gąbki stosowane w leczeniu ran oraz oparzeń, tabletki i minigranulki, które pełnią funkcję nośników białek, interferonów, czynników wzrostu i kwasów nukleinowych w różnego rodzaju systemach dostarczania leków (DDS), implanty (np. kości, naczyń krwionośnych, skóry). Mają zastosowanie w chirurgii stomatologicznej, w leczeniu wad tkanki kostno-chrzęstnej, w chirurgii ortopedycznej (np. stawu kolanowego), w leczeniu uszkodzeń rogówki, a nawet w podawaniu leków na powierzchni oka. Rusztowania kolagenowe mogą być sposobem leczenia schorzeń układu moczowo-płciowego, regenerowania tkanek fałdów głosowych. Syntetyczne i rekombinowane włókna kolagenowe również mają zastosowanie np. w nanotechnologii i biomedycynie.

Preparaty kolagenowe są wykorzystywane do celów kosmetycznych i w medycynie estetycznej. Wyróżnia się tu trzy kategorie:

• wypełniacze tkankowe w postaci iniekcji, zaliczane przez amerykańską Agencję Żywności i Leków (FDA) do wyrobów medycznych. To największa grupa preparatów kolagenów, w użyciu od około 40 lat. Wypełniacze wyrównują powierzchnię skóry w miejscach zmarszczek lub zanikowych blizn, modelują owal twarzy lub kształt ust. Efekt zabiegu jest czasowy (dla preparatów wchłanialnych) lub trwały (dla preparatów niewchłanialnych). Wypełniacze mogą mieć pochodzenie syntetyczne lub naturalne, z czego naturalne pochodzą z tkanek zwierzęcych (kolagen ksenogeniczny), z tkanek innych ludzi (allogeniczny) lub z tkanek własnych (autogeniczny),
• nutriceutyki, czyli suplementy diety zawierające kolagen oraz jego hydrolizaty, których głównym wskazaniem jest poprawa wyglądu skóry, opóźnienie efektów starzenia skóry, łagodzenie stresu oksydacyjnego. Następuje poprawa kondycji włosów, wzmocnienie paznokci, redukcja rozstępów,
• preparaty aplikowane na skórę: kremy, żele, maski, płatki kolagenowe pod oczy, rękawiczki z kolagenem. Kolagen, ze względu na wysoką masę cząsteczkową, nie penetruje z tych preparatów w głąb naskórka, lecz tworzy na powierzchni skóry film ograniczający transepidermalną utratę wody.

Gdzie znaleźć kolagen?

Źródłem kolagenu są produkty pochodzenia zwierzęcego: wołowina, wieprzowina, mięso ryb, kałamarnic, ośmiornic. Pozyskać go można z kości, skór, skórek, ścięgien zwierzęcych. Często stosuje się tzw. „dietę na stawy”: podczas długiego gotowania kości lub kurzych łapek zawarty w nich kolagen zostaje częściowo zhydrolizowany i uzyskujemy wywar bogaty w żelatynę, idealny do zjedzenia np. w postaci zup oraz, dodatkowo, idealny do odbudowania chrząstki stawowej.

W czym jeszcze jest kolagen? Oczywiście w licznych preparatach aptecznych i suplementach diety, z których istotną grupą są hydrolizaty kolagenowe. Są to produkty zawierające kluczowe aminokwasy składowe kolagenu, łatwo wchłaniane i przyswajane przez organizm.

Niedobór kolagenu – skutki i objawy

Kolagen jest nieustannie syntezowany i degradowany w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. W młodym, zdrowym organizmie ten naturalny polimer podlega regularnej wymianie: ok. 3 kg/rok. W syntezie istotną rolę pełnią estrogeny, insulina i hormony tarczycy. Z biegiem lat zdolność do odtwarzania włókien kolagenowych maleje, a nawet zanika. Włókna kolagenu ulegają ścieńczeniu i pofragmentowaniu.

Do destrukcji włókien kolagenowych oraz zaburzeń w ich syntezie może dochodzić również pod wpływem wzmożonej aktywności fizycznej, obciążeń mechanicznych, zaburzeń hormonalnych, wielu chorób, stresu, nadmiernej ekspozycji na słońce, zbyt wysokiej lub zbyt niskiej temperatury. Jak widać, nie jest to zatem proces zależny wyłącznie od wieku.

Tak powstające niedobory kolagenu mają odbicie w pogorszeniu kondycji paznokci i skóry, która traci jędrność, elastyczność, staje się odwodniona, pojawiają się zmarszczki i bruzdy. Włosy stają się cienkie, łamliwe i przesuszone, nasila się ich wypadanie. Zwiększa się kruchość kości i podatność na złamania. Pogarsza się stan chrząstki stawowej, pojawia się ból i trudności z poruszaniem. Gorzej funkcjonują naczynia krwionośne i limfatyczne, występują trudności w pracy wielu narządów.

Nadmiar kolagenu – skutki i objawy

Nadmierna ilość kolagenu to wynik nieprawidłowości w procesach naturalnych przemian tego białka w organizmie. Przykładem są bliznowce (keloidy), czyli łagodne rozrosty włókniste skóry powstające w następstwie jej uszkodzenia. Taka nieustępująca zmiana skórna jest wynikiem zaburzenia procesu gojenia się ran: włóknienie szerzy się poza obszar pierwotnego uszkodzenia, a w powstające włókna kolagenu są grube i szkliste. Przy bliznowaceniu kumuluje się w nadmiarze głównie kolagen typu III.

Suplementacja kolagenu – jak uzupełnić jego niedobór? Jaką postać wybrać?

Doustna suplementacja kolagenu i hydrolizatów kolagenu jest polecana przede wszystkim dla pacjentów ze schorzeniami stawów i kości oraz dla sportowców. W aptekach dostępna jest cała gama preparatów na stawy: tzw. kolageny morskie lub norweskie; pochodzenia wieprzowego, wołowego i kolageny rybie (często ze skór dorsza), które uważane są za składowo najbardziej podobne do kolagenu ludzkiego; kolageny do picia, w tabletkach, kapsułkach, w proszku służącym do sporządzenia żelu lub w ampułkach z gotowym płynem. Można wybierać spośród preparatów, w których występuje czysty kolagen lub z substancjami wspierającymi: np. z witaminą C, z kwasem hialuronowym, miedzią, glukozaminą. Suplementy wspierające poprawę kondycji skóry, włosów i paznokci to kolagen łączony np. z biotyną, keratyną, koenzymem Q10, kompleksem witamin.

Prócz kolagenu hydrolizowanego interesująca jest też forma liofilizowana: powstaje ona w procesie zamrożenia, a następnie odparowania wody zawartej pomiędzy cząsteczkami białka. Dzięki takiemu przygotowaniu struktura kolagenu pozostaje nienaruszona, zachowując swoje właściwości. Oczywiście na skutek procesów trawienia w przewodzie pokarmowym białko zostanie rozłożone do aminokwasów, zatem efekt końcowy wydaje się podobny w przypadku obu typów: hydrolizowanego i liofilizowanego kolagenu.

Kolagen występuje również w postaci ampułek do iniekcji około- lub dostawowych; wykonuje się nim bezpośrednio zastrzyk np. w kolano w celu odbudowy chrząstki stawowej.

Jednym z najnowszych preparatów kolagenu jest kolagen natywny: rozłożony do zbioru peptydów, podany w postaci helis. Z takich produktów kolagen penetruje barierę naskórkową, dlatego bywa używany w kremach i żelach do twarzy.

Kolagen – dawkowanie i przeciwwskazania

Przeciwwskazania do stosowania kolagenu: suplementy z kolagenem są dobrze tolerowane, skutki uboczne z reguły nie występują. Są jednak przeciwskazane kobietom w ciąży i kobietom karmiącym piersią.