Структурные особенности коллагена
Коллаген — самый распространённый белок в организме человека. Этот белок формирует внеклеточный матрикс (наполнитель) всех тканей органов, придавая им форму и прочность. Его функции разнообразны и важны. Это один из основных строительных элементов костей, кожи, мышц, сухожилий и связок. Коллаген также присутствует во многих других частях тела, включая кровеносные сосуды, роговицу и зубы. Коллаген может быть в виде геля (например, во внеклеточной среде) или свернут в волокна (например, в сухожилиях). Около 80–90% всего коллагена в организме человека составляет волокнистый коллаген. Существует как минимум 16 типов коллагена, однако три типа — I, II и III — составляют около 90% общего количества коллагена в организме. Коллагеновые волокна состоят из различных типов коллагена. Например, в коже доминируют коллагены I и III типа — коллаген I типа составляет 80% всей массы кожи, коллаген III типа — оставшиеся 15%. Коллаген I типа также встречается в костях, сухожилиях, связках, стенках артерий, роговице, коже, мышечных волокнах, зубах, волосах, ногтях и слизистой оболочке кишечника. Большая часть коллагена II типа находится в хрящах, а также в стекловидном теле и тканях межпозвоночных дисков. Коллаген III типа встречается в стенках артерий, коже, стенках кишечника, тканях лёгких, печени, селезёнки, матки и мышцах. Также существуют коллагены IV и V типов, но они составляют очень небольшую часть. Основной структурный элемент волокнистого коллагена — длинный (300 нм), тонкий (диаметром 1,5 нм) белок, состоящий из трёх полипептидных цепей. Каждая цепь состоит из 1050 аминокислот, свернутых в спираль рядом друг с другом. Было доказано, что у всех коллагенов есть схожая структура трёхцепочечной спирали, а уникальные свойства каждого типа коллагена в основном определяются сегментами, прерывающими эту спираль и формирующими другие трёхмерные структуры. Такая тройная спиральная структура коллагена обусловлена необычайным содержанием трёх аминокислот: глицина, пролина и гидроксипролина. Волокна коллагена I типа обладают огромной прочностью на растяжение — настолько, что коллаген можно растягивать, не повреждая его. Эти волокна диаметром около 50 нм и длиной в несколько микрометров доминируют в сухожилиях, которые соединяют мышцы с костями и выдерживают огромные нагрузки — коллаген I типа прочнее стали. Коллаген II типа является основным коллагеном хрящей. Его волокна тоньше, чем у I типа, и располагаются в вязкой внеклеточной среде, обеспечивая прочность и позволяя суставам амортизировать удары.
Гидролизованный коллаген и его преимущества
Коллаген естественным образом вырабатывается организмом, но его можно получать и из продуктов питания и добавок. Большинство добавок получают из различных животных и растительных источников, чаще всего из крупного рогатого скота, свиней, рыб, медуз и губок (англ. sponges). Менее распространённые источники — генетически модифицированные дрожжи и бактерии. Гидролизованный коллаген состоит из пептидов с низкой молекулярной массой (0,3–8 кДа), полученных из натурального коллагена, содержащегося в костях, коже и соединительной ткани животных (например, крупного рогатого скота, свиней и рыб). Благодаря низкой молекулярной массе гидролизованный коллаген легко усваивается, абсорбируется и распределяется в организме человека. Качество конечного гидролизованного коллагена зависит от его среднего молекулярного размера, который может варьироваться в зависимости от метода обработки. Молекулярная масса пептидов коллагена варьируется от 0,3 до 8 кДа.
Различия между морским и животным коллагеном
Морской коллаген состоит из пептидов меньшего размера, чем коллаген крупного рогатого скота, поэтому он усваивается, абсорбируется и распределяется по организму в 1,5 раза легче. Доказано, что морской коллаген более безопасен и обладает большей растворимостью. Коллаген, извлечённый из рыбы, содержит 8 из 9 необходимых организму аминокислот, необходимых для формирования белка. Для этого типа коллагена характерно высокое содержание глицина, пролина и гидроксипролина. В коллагене крупного рогатого скота присутствуют как коллаген I, так и III типов (преобладает коллаген III типа), в то время как морской коллаген — преимущественно коллаген I типа. Это означает, что его структура максимально близка к структуре человеческого коллагена, что делает его идеальным для удовлетворения потребностей организма человека в коллагене. Морской коллаген отлично защищает от старения кожи, улучшая удержание влаги, увеличивая уровень гиалуроновой кислоты и дополняя волокна коллагена и эластина. Хотя доказано, что коллаген крупного рогатого скота также повышает уровень коллагена в коже, он не оказывал значительного влияния на увлажнение кожи или уровень гиалуроновой кислоты. Поскольку в коллагене крупного рогатого скота преобладает коллаген III типа, он может быть особенно полезен для здоровья кишечника и внутренних органов. Морской коллаген в исследованиях сравнительно новый, однако уже показал многообещающие преимущества для регенерации костной ткани, уменьшения морщин, защиты от ультрафиолетового излучения и заживления ран. Если вы не едите мясо или у вас чувствительность к рыбе, выбор очевиден — морской коллаген подойдет лучше всего. Если ваша цель — улучшить здоровье кожи, волос и ногтей, следует выбрать морской коллаген. Если же вы хотите поддержать общее состояние здоровья и восстановление организма, то коллаген из травяного откорма крупного рогатого скота — отличный выбор.
Польза коллагена для здоровья
С возрастом синтез коллагена снижается примерно на 1,5% в год. Коллагеновые волокна в стареющей коже становятся толще и гораздо короче, при этом теряется коллаген I типа. Таким образом, изменяясь в соотношении типов коллагена, снижается эластичность и прочность кожи, ухудшается её структура. Считается, что коллаген играет важную роль в формировании фибробластов, которые стимулируют рост новых клеток и помогают заменять мёртвые клетки кожи. При активации фибробластов увеличивается производство коллагена. Исследования показали, что в зависимости от возраста снижение синтеза коллагена можно восстановить приётом специфических биоактивных коллагеновых добавок. Приём коллагена может повысить прочность ногтей, предотвращая их ломкость. Кроме того, он стимулирует рост волос и ногтей. Для синтеза коллагена организму необходим витамин C. Поэтому включение витамина C в рацион питания может помочь естественным образом стимулировать выработку коллагена в организме. Коллаген также очень важен для здоровья кишечника. Есть данные, что аминокислоты коллагена, особенно глицин, могут помочь контролировать воспаление пищеварительного тракта. Кроме того, глутамин, другая аминокислота коллагена, является ключом к подавлению воспаления кишечника и оксидативного стресса. Доказано, что оптимальное количество коллагена помогает поддерживать здоровую кишечную среду и состояние стенок кишечника. Именно две аминокислоты — глицин и глутамин — особенно полезны, так как обе играют важную роль в поддержании ткани, выстилающей пищеварительный тракт. Глицин особенно эффективен в борьбе с воспалением, помогая контролировать воспалительные заболевания кишечника, а глутамин необходим для поддержания целостности энтероцитов — клеток стенок кишечника. Поэтому для улучшения здоровья кишечника полезны как животный, так и морской коллаген. Коллаген играет важную роль в функции соединительной ткани, что означает, что достаточное количество коллагена важно для поддержания силы тела с возрастом. Некоторые исследования показали, что коллаген может уменьшать болезненные симптомы у пациентов с заболеваниями суставов (ревматоидным артритом, остеоартритом). Учёные предполагают, что дополнительный коллаген может накапливаться в хрящах и стимулировать выработку коллагена, что может приводить к снижению воспаления, улучшению поддержки суставов и уменьшению боли, хотя точный биологический механизм, с помощью которого добавки коллагена уменьшают суставную боль, пока не ясен. Другие исследователи считают, что коллаген не увеличивает эндогенное количество коллагена, а скорее стимулирует противовоспалительные процессы, помогая справляться с общими симптомами. Несколько исследований показали пользу морского коллагена для костной ткани — он активирует остеобласты — костные клетки, отвечающие за синтез и минерализацию кости. Остеобласты также отвечают за выделение коллагена для создания неминерализованной части кости — остеоида. Поскольку значительная часть состава кости — это коллаген, который придаёт структуру и помогает поддерживать прочность, с возрастом и уменьшением количества коллагена в костях могут развиваться такие заболевания, как остеопороз, характеризующийся низкой плотностью костей и повышенным риском переломов. Коллаген составляет 1–10% мышечной ткани. Этот белок необходим для того, чтобы мышцы были сильными и функционировали должным образом. Исследования показывают, что добавки коллагена помогают увеличить мышечную массу у людей с саркопенией — снижением мышечной массы, связанной с возрастом. Учёные отмечают, что приём коллагена может стимулировать синтез мышечных белков, таких как креатин, после физической нагрузки. Однако для изучения потенциала коллагена в увеличении мышечной массы необходимо провести больше исследований.
Что вредит выработке коллагена?
Большое потребление сахара ускоряет процесс гликации, образуя конечные продукты гликации, избыток которых разрушает и повреждает другие белки. Продукты гликации долго сохраняются в ткани, где образуются, и вызывают потерю функции белков этой ткани. Со временем чрезмерное потребление сахара может ослабить и уменьшить количество коллагена. Коллаген быстро разрушается при повторном и длительном воздействии ультрафиолетовых лучей. Кроме того, поскольку солнце повреждает средний слой кожи — дерму, этот процесс также усиливает появление морщин и пигментацию. Курение может повредить синтез коллагена — известно, что химические вещества в табачном дыме повреждают структурные белки кожи: эластин и коллаген. Это сильно вредит заживлению ран и способствует образованию морщин.
Добавки коллагена
Следует отметить, что коллаген широко распространён как добавка и пищевая добавка. Кроме того, в косметической промышленности он становится всё более популярным как возможное альтернативное средство для уменьшения последствий старения кожи. В настоящее время наиболее популярным и широко используемым является гидролизованный коллаген. Гидролизованный коллаген доступен в различных формах, включая порошки, таблетки и капсулы. Его можно принимать в форме таблеток или порошка, смешивая с различными напитками, например, кофе, апельсиновым соком или коктейлями. Его также можно добавлять в выпечку и сладости. Поскольку большая часть коллагена получают из частей животных, важно убедиться, что вы покупаете продукт высокого качества без дополнительных загрязнений. То же самое касается и морского коллагена — так как морской коллаген обычно получают из кожи, костей или чешуи рыб, важно учитывать происхождение рыбы и отсутствие загрязняющих веществ (таких как ртуть и тяжёлые металлы).
- Ассерин, Дж., Лати, Э., Шиёя, Т., & Правитт, Дж. (2015). Влияние перорального приема коллагеновых пептидов на увлажнение кожи и дермальную коллагеновую сеть: данные экс-виво модели и рандомизированных плацебо-контролируемых клинических исследований. Журнал косметической дерматологии, 14(4), 291-301.
- Авила Родригес, М. И., Родригес Барросо, Л. Г., & Санчес, М. Л. (2018). Коллаген: обзор источников и потенциальных косметических применений. Журнал косметической дерматологии, 17(1), 20-26.
- Белло, А. Е., & Оссер, С. (2006). Гидролизат коллагена для лечения остеоартрита и других заболеваний суставов: обзор литературы. Текущие медицинские исследования и мнения, 22(11), 2221-2232.
- Бош, Р., Филлипс, Н., Суарес-Перес, Х. А., Хуарранц, А., Девмурари, А., Чаленсук-Каосат, Дж., & Гонзалес, С. (2015). Механизмы фотостарения и кожной фотокарциногенеза, а также фотозащитные стратегии с использованием фитохимикатов. Антиоксиданты, 4(2), 248-268.
- Чен, П., Ческон, М., & Бональдо, П. (2015). Отсутствие коллагена VI способствует росту волос после ранения. Журнал исследовательской дерматологии, 135(10), 2358-2367.
- Дэнби, Ф. В. (2010). Питание и старение кожи: сахар и гликация. Клиническая дерматология, 28(4), 409-411.
- Экспозито, Дж. И., Валькур, У., Клюзель, К., & Летияс, К. (2010). Семейство фибриллярного коллагена. Международный журнал молекулярных наук, 11(2), 407-426.
- Гиллиес, А. Р., & Либер, Р. Л. (2011). Структура и функция внеклеточного матрикса скелетных мышц. Мышца и нерв, 44(3), 318-331.
- Хекслель, Д., Заге, В., Шунк, М., Сиега, К., Камоццато, Ф. О., & Оссер, С. (2017). Пероральный прием специфических биоактивных коллагеновых пептидов улучшает рост ногтей и уменьшает симптомы ломкости ногтей. Журнал косметической дерматологии, 16(4), 520-526.
- Хойер, Б., Бернхардт, А., Хайнеманн, С., Штатель, И., Мейер, М., & Гелински, М. (2012). Биомиметически минерализованные каркасные конструкции из коллагена лосося для применения в инженерии костной ткани. Биомакромолекулы, 13(4), 1059-1066.
- Кнуутинен, А., Кокконен, Н., Ристели, Дж., Вяхякянгас, К., Каллиоинен, М., Сало, Т., ... & Оикаринен, А. (2002). Курение влияет на синтез коллагена и обмен внеклеточного матрикса в коже человека. Британский журнал дерматологии, 146(4), 588-594.
- Леон-Лопес, А., Моралес-Пеньялоса, А., Мартинес-Хуарес, В. М., Варгас-Торрес, А., Зеуголис, Д. И., & Агирре-Альварес, Г. (2019). Гидролизованный коллаген — источники и применения. Молекулы, 24(22), 4031.
- Лим, Ю. С., Ок, Ю. Дж., Хванг, С. Ю., Квак, Дж. Ю., & Юн, С. (2019). Морской коллаген как перспективный биоматериал для биомедицинских применений. Морские лекарства, 17(8), 467.
- Линь, М., Чжан, Б., Ю, С., Ли, Дж., Чжан, Л., Сун, Х., ... & Чжоу, Г. (2014). Добавка L-глутамата улучшает структуру тонкой кишки и усиливает экспрессию аминокислотных рецепторов и транспортёров в слизистой тощей кишки у отъёмышей поросят. PLoS One, 9(11), e111950.
- Лю, Дж., Чжан, Б., Сонг, С., Ма, М., Си, С., Ванг, Ю., ... & Го, Ю. (2014). Соединения пептидов бычьего коллагена способствуют пролиферации и дифференцировке предшественников остеобластов MC3T3-E1. PLoS One, 9(6), e99920.
- Лодиш, Х., Берк, А., Зипурски, С. Л., Мацудэра, П., Балтимор, Д., & Дарнелл, Дж. (2000). Коллаген: волокнистые белки матрикса. Молекулярная клеточная биология, 4.
- Порфирио, Э., & Фанаро, Г. Б. (2016). Добавки коллагена как дополнительная терапия для профилактики и лечения остеопороза и остеоартрита: систематический обзор. Журнал бразильской геронтологии и гериатрии, 19(1), 153-164.
- Прокш, Э., Зеггер, Д., Дегверт, Дж., Шунк, М., Заге, В., & Оссер, С. (2014). Пероральный прием специфических коллагеновых пептидов положительно влияет на физиологию кожи человека: двойное слепое плацебо-контролируемое исследование. Фармакология и физиология кожи, 27(1), 47-55.
- Рикар-Блум, С. (2011). Семейство коллагена. Перспективы в биологии от Cold Spring Harbor, 3(1), a004978.
- Силва, Т. Х., Морейра-Силва, Дж., Маркес, А. Л., Домингес, А., Байон, Й., & Рейс, Р. Л. (2014). Коллагены морского происхождения и их потенциальные применения. Морские лекарства, 12(12), 5881-5901.
- Сонг, Х., Чжан, С., Чжан, Л., & Ли, Б. (2017). Влияние перорального приема коллагеновых пептидов из бычьей кости на старение кожи у хронически стареющих мышей. Питательные вещества, 9(11), 1209.
- Субхан, Ф., Икрам, М., Шехзад, А., & Гхафор, А. (2015). Морской коллаген: новая роль в биомедицинских приложениях. Журнал пищевой науки и технологии, 52(8), 4703-4707.
- Варани, Дж., Дейм, М. К., Ритти, Л., Флигель, С. Э., Канг, С., Фишер, Г. Дж., & Вурхис, Дж. Дж. (2006). Снижение синтеза коллагена в хронически стареющей коже: роль возрастных изменений функции фибробластов и дефектной механической стимуляции. Американский журнал патологии, 168(6), 1861-1868.
- Виге-Каррин, С., Гарнеро, П., & Дельмас, П. Д. (2006). Роль коллагена в прочности кости. Остеопороз международный, 17(3), 319-336.
- Фоллмер, Д. Л., Вест, В. А., & Лефарт, Э. Д. (2018). Улучшение здоровья кожи: пероральный прием натуральных соединений и минералов с влиянием на дермальный микробиом. Международный журнал молекулярных наук, 19(10), 3059.
- Здзеблик, Д., Оссер, С., Баумштарк, М. В., Голльхофер, А., & Кёниг, Д. (2015). Добавление коллагеновых пептидов в сочетании с силовыми тренировками улучшает состав тела и увеличивает мышечную силу у пожилых мужчин с саркопенией: рандомизированное контролируемое исследование. Британский журнал питания, 114(8), 1237-1245.
