KOLAGEN - „BIAŁKO MŁODOŚCI”

Kolagen to niezwykle cenne białko budulcowe naszego organizmu, będące białkiem fibrylarnym, stanowiącym główny składnik substancji międzykomórkowej. Nie występuje wyłącznie u ludzi. Obecny jest także w świecie zwierząt a także jego obecność stwierdzono u otwornic. Poza tym, że białko to możemy spotkać w organizmach wielokomórkowych, od gąbek do człowieka, stanowi ono charakterystyczną ich cechę.  

Kolagen nie stanowi pojedynczego białka o zdefiniowanej strukturze, lecz występuje wiele jego typów różniących się zarówno strukturą, jak i funkcjonalnością.  Dzięki temu możemy postrzegać kolagen jako rodzinę białek, która u kręgowców stanowi 1/3 wszystkich białek w organizmie.

Wyróżniamy około 30 rodzajów kolagenu i każdy z nich pełni konkretną funkcję.

U człowieka jest 28 wyodrębnionych jego typów a każdy z nich jest kodowany przez inny gen. Jako że jest to niezwykle ważny, naturalny polimer, który powszechnie występuje w świecie jest on wyznacznikiem przynależności do organizmów zwierzęcych, ponadto świadczy paradoksalnie o jego wyjątkowości biorącej się niewątpliwie ze skomplikowanej budowy oraz pełnionych funkcji. Kolagen jest produkowany przez organizm człowieka i stanowiąc około 30% wszystkich jego białek  jest jednym z głównych składników tkanki łącznej. Jest on spoiwem łączącym ze sobą komórki, jego nazwa wywodzi się z języka greckiego kolla – klej i gennao – rodzić, co definiuje jego funkcje.

Funkcje kolagenu

Jest on budulcem skóry, kości, zębów, ścięgien, naczyń krwionośnych czy rogówki oka. Ochrania narządy i zapewnia sprężystość tam, gdzie jest ona potrzebna. Jest odporny na rozciąganie i np. włókno kolagenowe o średnic 1 mm nie ulegnie zerwaniu nawet w wyniku zawieszenia na nim ciężarka o masie 10 kg. W ścięgnach, substancja międzykomórkowa składa się prawie wyłącznie z kolagenu, w kościach z kolagenu i kryształów fosforanów wapnia, w oku natomiast będąc przejrzystą galaretowatą substancją zawiera niewielką jego ilość. Kolagen produkowany jest w głównej  mierze w fibroblastach, ale też w chondroblastach, odontoblastach i osteoblastach. Co ciekawe, wyłącznie z aminokwasów endogennych. Kolagen zwany białkiem młodości ma za zadanie utrzymać gładkość, elastyczność, dobre napięcie i nawilżenie skóry, gdzie stanowi 72% jej suchej masy. Ponadto zapewnia prawidłowe funkcjonowanie stawów bez dokuczliwych dolegliwości bólowych, bierze udział w procesie gojenia ran oraz zrastania się złamanych kości a także utrzymuje strukturalną integralność narządów i tkanek oraz elastyczność naczyń krwionośnych, co jest niezbędne dla prawidłowego przepływu krwi. Kolageny uczestniczą w rozwoju narządów i naprawie tkanek, tworzą interakcje ze specyficznymi receptorami, wpływając tym samym na adhezję, różnicowanie, wzrost i przeżywalność komórek. Chociaż wiele typów kolagenu występuje w organizmie w niewielkich ilościach, to jednak odgrywają one bardzo ważną rolę w nadawaniu tkankom odpowiednich właściwości.

Dwie główne grupy kolagenów Kolageny możemy podzielić na dwie główne grupy:

kolageny fibrynalne i niefybrynalne, chociaż z tymi pierwszymi możemy spotkać się częściej. Białka te mają łańcuchy polipeptydowe splecione w strukturę prawoskrętnej rozciągniętej potrójnej helisy powstałej z nawinięcia wokół własnej osi  trzech pojedynczych lewoskrętnych łańcuchów. Odwrotny kierunek skręcania pojedynczych łańcuchów i potrójnej helisy sprawia, że struktura ta jest wyjątkowo odporna na odwijanie pod wpływem rozciągania. Każdy z łańcuchów zawiera około 1050 aminokwasów, w tym 33% to glicyna, dzięki niej możliwa jest synteza glukozy i kreatyny w organizmie oraz jest ona składnikiem pełniącym istotną rolę w budowie krwinek czerwonych i transporcie aminokwasów. Jest również neuroprzekaźnikiem w układzie nerwowym. To właśnie dzięki niej spowalnia się proces degeneracji mięśni a przyspiesza się wydzielanie hormonu wzrostu. Oprócz tego, wchodząc w skład kolagenu umożliwia prawidłowe funkcjonowanie gruczołu krokowego. Kolejny aminokwas to prolina (około 10%) korzystnie wpływa na pracę stawów i naczyń krwionośnych. Odnawia także budowę włókien kolagenu, co pozwala skórze na elastyczność i odporność na promieniowanie UV. Prolina wiąże wodę i dzięki temu skóra szybciej się regeneruje i nawadnia. Obniża też poziom wolnych rodników w komórkach, regeneruje wątrobę i reguluje metabolizm komórkowy. Ponadto w skład kolagenu wchodzi  4-hydroksyprolina-10% , 3-hydroksyprolina-0,5% i 5-hydroksylizyna – 1%, która opóźnia starzenie się skóry wynikające ze zbyt wysokiego poziomu cukru we krwi oraz jest składnikiem ważnym dla systemu immunologicznego i przeciwdziała chronicznemu zmęczeniu. Glutamina z kolei, prócz tego, że jest syntetyzowana w naszym organizmie, może być też dostarczana z pokarmem i zawarta w kolagenie sprawia, że łatwiej radzimy sobie z napięciami, lękiem i problemami z koncentracją. Kolejnym ważnym, zwłaszcza dla mężczyzn, składnikiem kolagenu jest L-argina wzmacniająca odporność i podnosząca libido.  

Typy kolagenów i ich funkcje

Kolagen typu I to kolagen fibrylarny. Występuje w skórze, ścięgnach, wiązadłach, kościach, zębinie i ma włókna o długości 300 nm i średnicy 1,5 nm. Kolagen typu II ma taką samą długość włókien, ale inną budowę superhelisy kolagenowej i występuje on w chrząstkach, ciele szklistym w oku oraz jądrze miażdżystym w krążkach miedzykręgowych. Typ III buduje często razem z kolagenem typu I, rozciągliwe tkanki łączne skórę, mięśnie i układ naczyniowy. Typ V jest charakterystyczny dla rogówki, zębów, kości, skóry i mięśni gładkich, gdzie występuje również razem z kolagenem typu I. Kolejne kolageny IV, VIII i X tworzą układy sieciowe występując w błonach podstawnych, śródbłonku, błonie Descemeta czy chrząstce hipertroficznej. Poza tym, kolageny kotwiczące to VII, transbłonowe XIII, XVII, multipleksyny XV i XVIII to kolageny niefibrylarne. Potrójna helisa to podstawowa jednostka strukturalna kolagenu i nazywamy ją tropokolagenem. Na jej końcach znajdują się telopeptydy, które odpowiadają za immunogenność białka. Jakkolwiek skomplikowanie to brzmi, jednak stanowi o tym jak ważne są dla nas białka kolagenowe i jak niezwykle odporne na działanie proteaz. Ich degradacja jest możliwa jedynie pod wpływem enzymu - kolagenazy.

Gdzie występuje w naszym organizmie i na co wpływa?

Kolagen w naszym organizmie jest obecny w skórze i tkance podskórnej, ścięgnach, kościach, tętnicach, rogówce, w tkance tworzącej blizny, w chrząstce, mięśniach szkieletowych, macicy, jelitach, pęcherzu, mózgu, sercu, nerkach, w pępowinie i owodni utrzymując strukturalną integralność tkanek i narządów. Wypełniając przestrzenie między komórkami, zapewnia tkankom wytrzymałość mechaniczną, twardość, sprężystość, elastyczność oraz sztywność. Kolagen wiąże wodę w tkankach, bierze udział w krzepnięciu krwi, w procesach regeneracyjnych tj. gojeniu ran, tworzeniu się blizn, zrastaniu kości po złamaniach oraz odgrywa istotną rolę w układzie immunologicznym, gdzie zapobiega ingerencji wszelkich drobnoustrojów i toksyn oraz chroni nas przed inwazją komórek rakowych. Zasadniczo wpływa na procesy odnowy komórek w skórze oraz utrzymuje odpowiedni poziom jej nawilżenia, co ma odzwierciedlenie w jej kondycji, wyglądzie i sprężystości.

Ubytki kolagenu

Ubytki kolagenu są widoczne w pierwszej kolejności właśnie na twarzy i szyi - to tam oznaki starzenia takie jak: suchość, bruzdy i zmarszczki czy opadająca, zwiotczała, mało elastyczna skóra, w tym: cellulit i rozstępy jest dla nas bardziej dotkliwa aniżeli pojawiające się później problemy ze stawami czy krążeniem. Od zarania dziejów ludzkość dąży do utrzymaniem gładkiej, zdrowo i młodo wyglądającej skóry. Jednak wraz z wiekiem obniża się zdolność naszego organizmu do produkcji kolagenu. Oznacza to, iż więcej komórek  kolagenu obumiera aniżeli jest wytwarzanych. To naturalny proces przebiegający u każdego z nas. Już w stosunkowo młodym wieku, bo około 25-30 roku życia, mamy do czynienia z utratą kolagenu,  który w młodym oraz zdrowym organizmie podlega regularnej wymianie ok. 3 kg/rok. Jako że w syntezie, czyli tworzeniu się kolagenu niezbędne są estrogeny, insulina i hormony tarczycy to jest rzeczą oczywistą że po 50 r. ż jest jego gwałtowny spadek, a po 60 r. ż ustaje zupełnie. Niechybnie u kobiet dodatkowo przyczynia się do tego menopauza, która zakłóca biosyntezę tego białka, ale nie bez wpływu jest tu nasz tryb życia, stres, przebyte choroby, toksyny czy zanieczyszczenie środowiska i promieniowanie słoneczne. Niedobór kolagenu przyczynia się również do poważnych zniszczeń strukturalnych układu szkieletowego, co skutkuje powstawaniem żylaków, przepukliny, zwyrodnień kręgosłupa szyjnego oraz stawu rzepkowo-udowego. Stawy stają się sztywne, obolałe, pojawiają się obrzęki. Kolagen, jako że umożliwia przemianę glukozy w energię i pobudza procesy metaboliczne, to jego niedobór sprzyja zbędnym kilogramom i predysponuje do cukrzycy. W układzie trawiennym, wspierając regenerację uszkodzonych ścian komórkowych oraz dostarczając leczniczych aminokwasów, wspomaga leczenie nieszczelnego jelita, refluksu oraz choroby Leśniowskiego-Crohna, więc tu też jego obecność jest kluczowa. Podobnie w układzie krwionośnym, gdzie kontroluje ciśnienie krwi, rozluźnia naczynia krwionośne, rozszerza tętnice oraz pozwala na oczyszczanie ich ścian z tłuszczu. Kolagen umożliwia lepsze wchłanianie składników mineralnych, zwiększając gęstość kości, wspiera też procesy ochronne i naprawcze w tkance chrzęstnej, zmniejsza aktywność enzymów odpowiedzialnych za stany zapalne i ból. Zmniejszenie  jego poziomu prowadzi do osłabienia włosów, które stają się łamliwe i słabe co w konsekwencji może prowadzić do łysienia. Kolagen chroni narządy wewnętrzne takie jak wątroba, nerki, żołądek, tworząc wokół nich warstwę zabezpieczającą, więc jego ubytek może prowadzić do  ich dysfunkcji. Jest on wszechobecny i pozwala na prawidłowe funkcjonowanie naszego organizmu jako całości, a nieprawidłowości w genach kodujących kolagen czy w potranslacyjnej modyfikacji kolagenu, skutkują chorobami związanymi z nieprawidłową budową tego białka w organizmie i przez to brakiem odpowiedniej wytrzymałości.

Choroby wywołane nieprawidłowosciami w genach kodujących kolagen

Do chorób takich zaliczamy: zespół Ehlersa-Danlosa związany z nadmierną rozciągliwością skóry, podatnością tkanek na urazy i zwiększoną ruchomością stawów, zespół Alporta (nieprawidłowości w błonie podstawnej), epidermoliza pęcherzowa, która związana jest z pękaniem skóry i tworzeniem się pęcherzy nawet w wyniku niewielkich urazów, łamliwość kości, szkorbut.

Gdzie występuje kolagen

Poziom kolagenu w naszym organizmie w dużym stopniu zależy od stosowanej diety. Jest on obecny w żelatynie spożywczej, kurzych łapkach, chrząstkach rekina, podrobach. Jednakże produkty te nie są powszechnie lubiane i nie należą do najzdrowszych a wręcz spożywane w nadmiarze negatywnie wpływają na zdrowie, gdyż zawierają tłuszcze, które powodują wzrost cholesterolu i wyniszczają układ krążenia. Kolagen jest otrzymywany z kości zwierzęcych, skór, skórek i ścięgien, natomiast żelatyna to naturalne rozpuszczalne białko, żelujące lub nie, uzyskane w wyniku częściowej hydrolizy takiego kolagenu. Co ciekawe, duża zawartość kolagenu w mięsie obniża jego kruchość, strawność i wartość odżywczą. Istnieje tu też korelacja między wiekiem zwierzęcia a udziałem kolagenu w składzie białek, więc im starsze zwierzę, tym jego mięso jest mniej delikatne a bardziej żylaste i twarde. Kolagen w sztuce kulinarnej to ciekawy aspekt, zarówno dla tych co mięso przyrządzają, jak i dla tych którzy je konsumują. Warto wiedzieć jak przyrządzić smaczny i pożywny posiłek zachowując jego wartości odżywcze. I tak długa, powolna obróbka cieplna mięsa przy obecności wody (np. duszenie) będzie powodować rozpad lub rozpuszczenie kolagenu, zamieniając go w żelatynę. W przemianie kolagenu pomocne są kwasy pochodzące np. z marynaty, pomidorów, wina oraz enzymy. Sucha obróbka cieplna mięsa, w tym grillowanie, nadaje się bardziej dla kawałków mięsa o dobrej kruchości i powinna być krótka, aby nie wysuszyć mięsa. Grillując mięso, powinniśmy pamiętać, że kawałki zawierające dużo kolagenu który nie zdąży się rozłożyć będzie powodować, że nasze danie będzie nieprzyjemnie gumowate a wynika to z faktu, iż wraz ze wzrostem dostarczanej energii kolagen kurczy się do 1/3 lub 1/4 początkowej długości wyciskając z mięsa wodę i pozbawiając je soczystości. W wielu przepisach zaleca się, aby po obróbce cieplnej odstawić mięso na kilka minut co pozwoli na zatrzymanie większej ilości soków między jego włóknami poprzez odtwarzanie się wiązań wodorowych. Kolagen zaczyna denaturować w temperaturze 52°C, kurczy się przy 58°C a przy 68°C rozpada się, przekształcając się w rozpuszczalną żelatynę. Mięso ryb zawiera mniej kolagenu niż wołowina czy wieprzowina, ma też mniej wiązań poprzecznych i inny skład aminokwasów, co skutkuje tym, że denaturuje on i rozpuszcza się w niższych temperaturach. Ośmiornice i kałamarnice z kolei, zawierają całkiem sporo kolagenu, dlatego obróbka polega na ich szybkim usmażeniu, aby zachować białka lub na długim ogrzewaniu, aby doszło do rozpadu kolagenu, bo inaczej mięso będzie gumowate w swej teksturze. W celu poprawienia kruchości mięsa odcina się ścięgna oraz mechanicznie rozbija włókna przez jego tłuczenie, krojenie w kostkę lub plastry w poprzek włókien czy mielenie. Wynika z tego, iż najzdrowsze jest mięso gotowane. Kolagen w pożywieniu znajdziemy również w pokarmach zawierających koenzym Q10, do których zaliczają się rośliny strączkowe, ryby i kiełki pszenicy. Kolagen morski jest najczęściej otrzymywany z takich ryb jak: tuńczyk, rekin żarłacz czy dorsz a właściwie z ich odpadków. Tak pozyskane cząsteczki kolagenu są mniejsze i o wiele łatwiej przedostają się do krwiobiegu. Natomiast kolagen otrzymywany z meduz czy tilapii żyjących w słodkich wodach Azji jest już gorszej jakości.

Gdzie jeszcze wykorzystywany jest kolagen

Naturalny kolagen ze względu  na swoje specyficzne właściwości, nietoksyczność, biozgodność ze wszystkimi żywymi organizmami, biodegradowalność, właściwości biologiczne i rozpowszechnienie, jest szeroko stosowany w farmacji oraz medycynie w tym stomatologii i kosmetyce jako biomateriał i ma ogromny wpływ na rozwój medycyny regeneracyjnej, inżynierii tkankowej czy kosmetologii. Stosowany jest też w gałęziach przemysłu takich jak: skórzany, spożywczy, biotechnologiczny.   Z kolagenów wytwarza się nici chirurgiczne, kompresy, gąbki stosowane w leczeniu ran oraz oparzeń, tabletki i minigranulki, które są nośnikami białek, interferonów, czynników wzrostu, kwasów nukleinowych w różnorakich systemach dostarczania leków, implanty (np. kości, naczyń krwionośnych i skóry). Stosuje się je w chirurgii stomatologicznej do wypełnień tkanki chrzęstno – stawowej, w ortopedii stawu kolanowego, w uszkodzeniach rogówki a także do podawania leków na powierzchnię oka, w ginekologii – w schorzeniach układu moczowo-płciowego, otolaryngologii do regeneracji tkanek fałd głosowych, w medycynie estetycznej jako wypełniacze tkankowe w postaci iniekcji w celu wyrównania powierzchni skóry w miejscu zmarszczek czy blizn oraz do modelowania owalu twarzy i ust - przy czym efekt takiego zabiegu  jest czasowy dla preparatów wchłanialnych lub trwały dla preparatów, które się nie wchłaniają. Wypełniacze te, mogą być syntetyczne lub naturalne pochodzące z tkanek zwierząt (kolagen ksenogeniczny), tkanek innych ludzi (allogeniczny) lub własnych (autogeniczny). Nutriceutyki, czyli suplementy diety zawierające kolagen oraz jego hydrolizaty, których głównym wskazaniem jest profilaktyka chorób związanych ze zmianami w tkance łącznej (chrzęstno - stawowej), opóźnienie efektów starzenia się skóry, wzmocnienie paznokci, redukcja rozstępów i łagodzenie stresu oksydacyjnego.

Preparaty do aplikacji na powierzchnię skóry

Preparaty do aplikacji na powierzchnię skóry to żele, kremy, maski, płatki kolagenowe pod oczy, rękawiczki z kolagenem, lecz skuteczność tych form jest ograniczona ze względu na wysoką masę cząsteczkową kolagenu i tworzy on jedynie film ograniczający transepidermalną utratę wody na powierzchni skóry.

Suplementacja kolagenu

Najskuteczniejszym działaniem cieszą się formy doustne, w których istotną rolę pełnią hydrolizaty kolagenowe, najlepiej w formie płynnej, dedykowane w szczególności osobom, które wykazują duży niedobór włókien kolagenowych. Formy tabletek  natomiast, sprawdzą się u osób dbających o stan swoich włosów i paznokci. Prócz wymienionych kryteriów warto pamiętać, że dodatek kwasu hialuronowego oraz witaminy C dodatkowo stymulują produkcję kolagenu. Naturalny kolagen jest doskonale wchłaniany przez ludzki organizm i praktycznie nie powoduje żadnych skutków ubocznych, niekiedy mogą wystąpić reakcje alergiczne przy przekroczonych normach dawkowania, pacjenci mogą się też skarżyć na ogólne osłabienie, bóle mięśni, stawów czy kwaśny oddech i nieprzyjemny posmak w ustach. Suplementacja białkiem kolagenowym może przybierać różne formy gdyż na rynku dostępne są zarówno tabletki, proszek jak i  formy płynne. Kolagen jest potrzebny zwłaszcza osobom starszym w celu poprawy sprawności narządu ruchu jak i osobom uprawiającym sport po to, by zachować elastyczność stawów oraz wszystkim nam, którzy chcemy zachować swoją urodę i jak najdłużej cieszyć się nią bez pojawiających się z czasem niedoskonałości. Preparaty z kolagenem powinniśmy stosować przynajmniej przez trzy miesiące i warto tu wspomnieć o tym, że systematyczne ich przyjmowanie zwiększa naturalną syntezę tego białka przez nasz organizm. Niewątpliwie słusznym wnioskiem,  jaki nasuwa się nam w związku ze stosowaniem kolagenu, to dodatkowo zmieniając dietę i dotychczasowy tryb życia, możemy spowolnić procesy starzenia się skóry oraz zadbać o prawidłowe funkcjonowanie całego organizmu.