Kolagen – białko podporowe decydujące o jędrności i młodym wyglądzie

Dlaczego kolagen ma znaczenie?
Kolagen jest niezbędnym białkiem rusztowania, które nadaje naszej skórze gładkość i elastyczność, niestety jego produkcja spada wraz z wiekiem. Wciąż poszukiwane są sposoby na rozwiązanie tego problemu, a obecnie bardzo mocno kolagen w formie np. suplementów promowany jest jako skuteczny sposób na wzmocnienie skóry i włosów. Rosnąca liczba badań naukowych pokazuje nowe dowody na to, że możliwe jest odmłodzenie starzejącej się lub uszkodzonej skóry, jak również poprawa funkcjonowania zużytych stawów czy też wsparcie dobrego samopoczucia dzięki regularnemu stosowaniu kolagenu.

W ostatnim czasie badania nad mechanizmami wpływającymi na produkcję kolagenu w skórze oraz jego organizację w funkcjonalne włókna, które nadają skórze charakterystyczną elastyczność i jędrność, dostarczyły nowych informacji na temat tego, w jaki sposób kolagen (zwany też bio-rusztowaniem) może wspierać komórki, tkanki i narządy. Wśród czynników, które najbardziej wpływają na produkcję i poziom kolagenu w ciągu całego życia wymienia się np. dojrzewanie, ciążę, menopauzę czy też andropauzę. Znaczący wpływ mają czynniki wewnętrzne, takie jak genetyka, wiek, czy nawet pochodzenie etniczne. Oczywiście nie bez znaczenia są też czynniki zewnętrzne/ warunki środowiskowe, w tym np. promieniowanie
UV, zanieczyszczenie środowiska czy palenie tytoniu oraz ogromny potencjał nowych technologii, składników i urządzeń do przywracania poziomu kolagenu i składników macierzy do ich optymalnego stanu.

Produkcja kolagenu
Produkcja kolagenu rozpoczyna się w macicy około 5. tygodnia pierwszego trymestru ciąży. Wtedy to u rozwijającego się płodu można zaobserwować drobne włókna kolagenowe. Wraz z rozwojem płodu matryca kolagenowa wzrasta i jest związana z większymi włóknami, które z kolei łączone są w większe wiązki. Już w 15. tygodniu ciąży można wyróżnić odrębne obszary skóry właściwej brodawkowatej i siateczkowatej.

Kolagen stanowi tzw. macierz podporową, leżącą u podstaw zdrowej skóry i jest kluczowym czynnikiem warunkującym zachowanie jędrności i elastyczności skóry. Kolagen jest produkowany przez komórki zwane fibroblastami, które są typem komórek mezenchymalnych, występujących głównie w skórze właściwej. Fibroblasty produkują również białko elastyny, które nadaje skórze elastyczność. Elastyczność skóry polega na możliwości rozciągania włókien, ułatwiając odkształcalność na duże odległości, a następnie powrót tkanek do pierwotnej konformacji. Jest to kluczowa funkcja dla utrzymania elastyczności i sprężystości skóry. Innym produktem funkcji metabolicznej fibroblastów jest produkcja glikozaminoglikanów (GAG), które są długimi nierozgałęzionymi heteropolisacharydami, takimi jak hialuroniany i siarczan dermatanu (najobficiej występujący GAG w skórze). Unikalne połączenie wysokiej lepkości, wysokiej higroskopijności i niskiej ściśliwości jest kluczem do ich wielu funkcji, w tym utrzymania niezbędnej zawartości wilgoci w skórze.

Aktualnie sklasyfikowano 29 typów kolagenu. Poszczególne typy różnią się między sobą budową, właściwościami, a także umiejscowieniem w organizmie. Białka kolagenowe klasyfikuje się na podstawie wspólnych cech budowy. Przyjmując takie kryterium podziału wyróżnia się:

• kolagen fibrylarny,
• kolagen niefibrylarny,
• kolagen błony podstawnej,
• kolagen kotwiczący,
• kolagen tworzący mikrowłókna,
• kolagen tworzący heksagonalne układy sieciowe,
• kolagen zawierający domeny transbłonowe,
• kolagen typu FACITs,
• kolagen typu MULTIPLEXINs [6].

Głównym przedmiotem zainteresowań jest kolagen fibrylarny. Tworzy on włókna, w tym kolagen typu I, II, III, V, XI, XXIV i XXVII. Kolagen fibrylarny ma charakterystyczną strukturę trzech spiralnie zwiniętych łańcuchów polipeptydowych.

Kolagen typu I
Skórę buduje przede wszystkim kolagen typu I. To właśnie on nazywany jest kolagenem młodości. Włókna kolagenowe tworzą rozległe i solidne sieci, które zapewniają skórze właściwej wytrzymałość, jędrność i elastyczność. Włókno kolagenowe ma zazwyczaj średnicę do 3 μm i charakterystyczną zwiniętą strukturę. Samo włókno kolagenowe składa się zasadniczo z wiązek mniejszych włókien – włókienek. Włókienka kolagenowe mają średnicę od około 10 nm do 300 nm i długość kilku mikrometrów.

W skórze właściwej znajduje się ok. 80% kolagenu typu I oraz ok. 20% kolagenu typu III. Inaczej rzecz się ma w przypadku rozwijających się płodów. Badania wskazały, że podczas ciąży, zawartość kolagenu typu I wynosi około 70–75%, w porównaniu do kolagenu typu III, który stanowi ok. 18–21% całkowitej zawartości kolagenu na wszystkich etapach rozwoju ciąży. Poziom kolagenu typu I jest niższy niż ten standardowo mierzony w skórze dorosłych, podczas gdy poziom kolagenu typu III jest wyższy niż obserwowany w skórze dorosłych. Stąd też uważa się, że różnica ta odzwierciedla wyższe wymagania dotyczące produkcji kolagenu w celu wspierania rozwijającego się układu naczyniowego i unerwienia płodu. Podobnie też wraz z wiekiem zmienia się aktywność enzymów wymaganych do syntezy włókien kolagenowych. U małych dzieci obserwuje się większą aktywność enzymów odpowiedzialnych za syntezę kolagenu w porównaniu do dorosłych. U nastolatków, poprzez liczne zmiany hormonów płciowych, obserwuje się szybką i bardzo rozległą produkcję kolagenu, przy czym największe zmiany obserwuje się w zakresie kolagenu typu I, ponieważ to on stanowi organiczną macierz podporową, która jest mineralizowana w celu rozwoju kości.

Cykl życia kolagenu
Kolagen jest nieustannie syntetyzowany, następnie odkładany w macierzy pozakomórkowej (extracellular matrix, ECM), a w kolejnych etapach degradowany przez enzymy (w szczególności MMP – metaloproteinaza macierzy pozakomórkowej), w zrównoważonym cyklu, który umożliwia wzrost. Synteza kolagenu jest więc procesem niezwykle szybkim podczas rozwoju, który cichnie w wieku dorosłym, aby ponownie wzrosnąć w późniejszym życiu. Wzrost syntezy kolagenu ma na celu zrekompensowanie skumulowanych szkodliwych uszkodzeń związanych z chronostarzeniem i fotostarzeniem. Tak więc, synteza i degradacja kolagenu są precyzyjnie kontrolowanymi, biochemicznie złożonymi procesami, które mają kluczowe znaczenie dla rozwoju tkanek, ich naprawy po uszkodzeniu i utrzymaniu tkanek w różnych układach anatomicznych i fizjologicznych. Niestety, ale już od 25. roku ilość kolagenu w skórze się zmniejsza. Badania podają, że jego ilość maleje średnio o ok. 1,5% rocznie, co też powoduje stopniową utratę jędrności i gładkości skóry, jej wiotczenie, opadanie, a także pogłębianie się zmarszczek. Wraz z wiekiem też produkowane włókna kolagenowe są coraz gorszej jakości. Stają się zdecydowanie krótsze niż na wcześniejszych etapach życia, bardziej skręcone i słabsze. Coraz bardziej też wpływ na ich degradację mają czynniki zewnętrzne, a wśród nich głównie zanieczyszczenia środowiska i promienie UV.

Funkcja kolagenu w skórze
Kolagen, białko strukturalne, charakteryzuje bardzo wysoka odporność na czynniki mechaniczne, fizyczne i chemiczne. Jako jeden z podstawowych budulców tkanki łącznej na poziomie komórkowym odpowiada za spajanie ze sobą wszystkich elementów strukturalnych, tym samym pełniąc funkcję swego rodzaju „biologicznego kleju”.

Kolagen jako „klej biologiczny” gwarantuje spójność całego organizmu, przez co też umożliwia mu prawidłowe funkcjonowanie. Wyjątkowa wytrzymałość mechaniczna i elastyczność kolagenu powoduje, że jest to białko, które doskonale zabezpiecza strukturę skóry właściwej przed urazami mechanicznymi. Ponadto, dzięki zdolności do odkształcania się sieci kolagenowej wszystkie elementy, które są bezpośrednio przyłączone do włókien kolagenu lub też te, które znajdują się w jej bliskim sąsiedztwie, nie ulegają uszkodzeniu pod wpływem ucisku, a wręcz mogą nieprzerwanie prawidłowo pełnić swoje funkcje. Bardzo ważną cechą kolagenu jest jego zdolność do wiązania wody, bo to dzięki odpowiedniemu nawodnieniu włókna białkowe skóry właściwej zachowują swoją strukturę i właściwości. Prawidłowe nawodnienie powoduje, że skóra jest napięta i sprężysta, tym samym staje się na odporna na działanie czynników mechanicznych, a co za tym idzie, spełnia funkcję bariery ochronnej.

Suplementacja kolagenem
Kolagen wpływa na właściwości mechaniczne, organizacyjne i tkankowe organizmu. Masowo wytwarzany jest z produktów ubocznych przemysłu spożywczego. Składnik ten uważany jest za produkt nutraceutyczny, szeroko stosowany jako składnik lub suplement w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i kosmetycznym. Wiele dostępnych danych literaturowych potwierdza, że suplementacja hydrolizowanym kolagenem promuje zmiany skórne, a wśród nich najczęściej wymienia się:

• zmniejszenie powstawania zmarszczek,
• zwiększoną elastyczność skóry,
• wzrost poziomu nawilżenia,
• zwiększoną zawartość, gęstość i syntezę kolagenu.

Suplementacja kolagenem zwiększa wytrzymałość, gęstość i masę kości, poprawia sztywność / ruchomość stawów i ich funkcjonalność. Oprócz bycia źródłem aminokwasów, produkty kolagenowe mogą wykazywać aktywność biologiczną w komórkach macierzy zewnątrzkomórkowej poprzez swoje bioaktywne peptydy, co uzasadnia ich zastosowanie w suplementach diety i preparatach farmaceutycznych. Nieustannie na rynku pojawiają się nowe kolagenowe suplementy diety. Ich głównym wskazaniem jest poprawa wyglądu skóry oraz działanie profilaktyczne, polegające na opóźnieniu efektów starzenia skóry. Tu warto wspomnieć, że gdy w Europie doustne preparaty na bazie hydrolizatów kolagenu ze wskazaniem estetycznym pojawiają się dopiero od jakiegoś czasu, na innych rynkach (np. w Japonii) od lat stanowią one znaczącą kategorię nutriceutyków.

Warto zaznaczyć, że nowe badania prowadzone in vivo na zwierzętach, jednoznacznie potwierdzają pozytywny wpływ codziennego suplementowania hydrolizatami kolagenu na białka macierzy zewnątrzkomórkowej. Dostępne wyniki sugerują, że suplementacja hydrolizatami kolagenu może znacząco opóźnić wszelkiego typu zmiany związane z wiekiem, stymulować biosyntezę kolagenu typu I oraz III, a także zmniejszać aktywność enzymów odpowiedzialnych za rozkład kolagenu.

Artykuł ukazał się w kwartalniku "Świat Przemysłu Farmaceutycznego" 4/2023