Коллаген: 7 научных полезных возможностей для здоровья

Коллаген является наиболее распространенным структурным белком во внеклеточном пространстве организма и основным белком соединительной ткани. Дополнительное получение внутрь коллагена улучшает симптомы артрита и увеличивает рост волос. Далее в статье вы прочтете о том, как еще коллаген помогает нашему здоровью и как увеличить продукцию коллагена.

Статья основана на выводах 72 научных исследований

В статье цитируются такие авторы, как:

• Химический факультет, Висконсинский университет, Мэдисон, США
• Отделение хирургии и Центр биоинженерии и регенерации тканей, Калифорнийский университет в Сан-Франциско, США
• Отделение анатомии, отделение биоинженерии и терапевтических наук, Eli и Edythe Broad Center of Regeneration Medicine and Stem Cell Research at UCSF, Калифорнийский университет в Сан-Франциско
• Institut de Biologie et Chimie des Protéines, Université Lyon 1, Франция
• Кафедра биохимии и пищевой химии, Университет Турку, Финляндия

Обратите внимание, что цифры в скобках (1, 2, 3 и т.д.) являются кликабельными ссылками на рецензируемые научные исследования. Вы можете перейти по этим ссылкам и ознакомиться с первоисточником информации для статьи.

Что такое коллаген?

Внеклеточный матрикс

Ткани организма состоят не только из клеток. Большая часть объема внутри тканей состоит из внеклеточного матрикса (ВКМ), разнообразной сетки белков и сахаров, производимых определенными клетками, которая действует как раствор, связывающий наши клетки вместе. (1)

ВКМ состоит из двух компонентов, протеогликанов и волокнистых белков. Коллагены, эластины, фибронектины и ламинины – все это волокнистые белки, образующие каркас во внеклеточном матриксе. Протеогликаны заполняют пространство между ними. (2)

Коллаген является одним из многих белков, встроенных в этот матрикс. На самом деле, это самый часто встречающийся белок в тканях животных организмов. Тридцать процентов общей массы белка у млекопитающих состоит из коллагена. (3)

Термин коллаген восходит к греческому слову kólla, что означает “клей”. (4)

Протеины коллагена производятся клетками соединительной ткани вызванными фибробластами. Для того чтобы белок был классифицирован как коллаген, он должен образовывать коллагеноподобную тройную спираль и обеспечивать структурную поддержку во внеклеточном матриксе. (5)

Коллаген составляет (сухой вес):

• 90% склеры (белая часть глаза)
• 80% сухожилий
• 70-80% кожи
• 60% хряща
• 30% костей
• 1-10% от массы мышц

Коллагеновая структура

Тропоколлаген

Тропоколлаген является основным строительным материалом коллагена. Он состоит из нитей трех пептидов (групп аминокислот ), которые свернуты вместе в виде спирали. Эти нити известны как альфа-цепи (α-цепи). (6, 7)

Коллагеновая область: эта область представляет собой серию из трех аминокислот. Первая аминокислота, глицин, является самой важной. Следующие две могут быть любой аминокислотой, но обычно это пролин и гидроксипролин. Повторяющаяся аминокислотная последовательность отвечает за спиральную структуру тропоколлагена. (8)

Три пептидные нити тропоколлагена богаты глицином. Ткани, содержащие высокий уровень коллагена, также содержат высокий уровень глицина. Получение дополнительного глицина помогает защитить сосудистую систему, так как он способен уменьшить образование тромбов и снизить воспаление. (9)

Не коллагеновая область: в этой области отсутствует повторяющаяся аминокислотная последовательность, необходимая для структуры спирали. Содержит связующие молекулы для взаимодействия с другими молекулами внеклеточного матрикса. (6) Множественные перекрестные связи тропоколлагенов необходимы для того, чтобы сформировать фибриллы коллагена. (7)

Типы коллагена

Коллаген расположен повсеместно в теле живых существ и имеет много известных и неизвестных функций. У человека выделено 28 различных типов коллагеновых белков и еще больше коллаген-ассоциированных генов. (3)

Некоторые коллагены встречаются гораздо чаще, чем другие. Более 80% коллагена относится к типам I, II или III, которые находятся в основном в коже, костях, хрящах, сухожилиях, легких, кишечнике и в сосудистой системе. (10)

Коллаген IV типа также очень распространен, так как является одним из основных компонентов внеклеточного матрикса между клетками кожи. (11)

Существует пять основных типов коллагена:

• тип I – кость, сухожилия, роговица, плацента, стенки артерий, печень, склера
• тип II – хрящевая ткань, межпозвонковые диски, стекловидное тело глаза
• тип III – артерии, матка, кожа плода, строма органов
• тип IV – базальные мембраны, капсула хрусталика
• тип V – хорион, амнион, эндомизия, перемизия, кожа

Синтез коллагена

Синтез коллагеновых белков в организме – это сложный процесс. Во-первых, клетки должны правильно читать гены в нашей ДНК, чтобы произвести α-цепи. Затем необходимо обернуть вокруг друг друга три α-цепи. Идентичны ли α-цепи или нет, зависит от типа коллагена. (12)

Когда эти одиночные α-цепи произведены внутри клетки, энзимы (проулигидроксилаза и лизилгидроксилаза) дорабатывают аминокислоты пролин и лизин. Эти модификации необходимы для формирования устойчивой тройной спирали. (13)

Свертывание коллагена обычно происходит до того , как он будет выведен из клетки (из аппарата Гольджи). (13, 14)

Каждый тип коллагена имеет специфические коэффициенты глицина, пролина, гидроксипролина и гидроксилизина. Мутации, влияющие на синтез коллагена, могут иметь негативные последствия для здоровья.

Генетические заболевания, уменьшающие выработку коллагена

Несовершенный остеогенез – заболевание костей

Несовершенный остеогенез (OI) – это заболевание, связанное с коллагеном, которое является как наследственным, так и неизлечимым. Это болезненное заболевание, характеризующееся хрупкостью костей и патологическими тканями. (15)

В зависимости от мутации у человека может быть диагностировано легкое, тяжелое или смертельное состояние ОI, но любая форма этого состояния увеличит риск переломов костей у человека. (15)

Несовершенный остеогенез является аутосомно-доминантным расстройством, то есть требуется только один из двух генов, чтобы мутировать, чтобы увидеть эффект в организме. Единичная мутация в гене COL1A1 может уменьшить количество коллагена I типа и вызвать легкое нарушение при ОI. (15)

Наиболее распространенной мутацией является замена аминокислоты глицина в триплете, что обычно приводит к неправильному складыванию тройной спирали коллагена. Тяжелые и летальные формы несовершенного остеогенеза являются результатом мутаций в генах COL1A1 или COL1A2, которые нарушают тройную спираль. (16, 17, 15)

Синдром Элерса-Данлоса

Синдром Элерса-Данлоса (EDS) вызван дефицитом коллагена или дефектной структурой коллагена. Наиболее часто EDS связан с мутациями в генах COL1A1, COL1A2, COL3A1 , COL5A1 , COL5A2, которые влияют на коллагены типа I, III и V. Все эти мутации оказывают влияние на фибриллярные коллагены, необходимые коже, сухожилиям и сосудистой системе. (18)

Многие механизмы и мутации могут снижать выработку коллагена и приводить к развитию синдрома Элерса-Данлоса. Существует по меньшей мере 10 различных подтипов EDS. (19)

Пациенты с EDS, как правило, имеют нестабильные суставы и более склонны к вывихам и хронической боли. Некоторые формы EDS являются гораздо более опасными для жизни, так как у пациентов может быть повышенный риск разрыва кровеносных сосудов. (19, 20)

Польза коллагена

В основном дополнительный коллаген для укрепления здоровья и борьбы с заболеваниями принимают внутрь. Считается, что биодоступность коллагена в кишечнике достигает 49-58%. (3)

При каких заболеваниях или состояниях прием коллагена внутрь может быть полезен

1. Ревматоидный артрит
2. Остеоартрит
3. Остеоартроз
4. Атеросклероз (23)
5. Сниженный уровень ЛПВП холестерина (22)
6. Старение кожи / агрессивная для кожи среда (24)
7. Уменьшение роста волос
8. Остеопороз / снижение плотности костей
9. Саркопения (26)
10. Повышенный уровень глюкозы
11. Пролежни
12. Ухудшение структуры ногтей и увеличение их ломкости (27)
13. Целлюлит (только для женщин с нормальным весом) (25)
14. Незначительный рост мышц при физической нагрузке (26)

1) Улучшает симптомы ревматоидного артрита и остеоартрита

В исследовании с участием 60 пациентов с тяжелым ревматоидным артритом через три месяца приема коллагена II типа уменьшилось количество опухших и болезненных суставов по сравнению с плацебо. У четырех пациентов, в группе принимающей коллаген, все симптомы исчезли и прогрессирование заболевания остановилась. Известно, что ревматоидный артрит – это воспалительное синовиальное заболевание, при котором, как считается, иммунные Т-клетки реагируют на антиген в суставе. Коллаген II типа является главным белком в суставном хряще и является потенциальной целью иммунных клеток при этом заболевании. (21)

Более крупное исследование с участием 274 пациентов с ревматоидным артритом показало, что многократные дозы коллагена (20, 100, 500 и 2500 мкг) уменьшали количество опухших и болезненных суставов. (22)

Исследование с участием 52 пациентов с остеоартрозом показало, что 90 дней приема коллагена II типа уменьшали симптомы болезненного состояния, уменьшали боль и улучшали способность пациентов выполнять ежедневные действия, включая ходьбу вверх и вниз по лестнице. (23)

У собак с артритом коллаген II типа в течение 90 дней уменьшал боль и повышал физическую активность. (24)

2) Улучшает физическое состояние

Исследование с участием 147 спортсменов с суставной болью показало, что прием гидролизата коллагена в течение 24 недель значительно уменьшал боль. (25)

В другом исследовании 139 спортсменов с болью в колене принимали 5 граммов  коллагеновых пептидов в день в течение 12 недель, что уменьшило боль, связанную с их физической активностью. (26)

3) Улучшает состояние кожи

Кожа является самым крупным органом в нашем теле, и коллаген является одним из его основных компонентов. С возрастом содержание коллагена уменьшается на 1% в год (на единицу площади поверхности кожи). Это снижение можно наблюдать в виде сморщивания, разрыхления и обвисания кожи. (27)

В одном исследовании с участием 69 женщин было обнаружено, что ежедневное добавление коллагена в пищу в течение восьми недель повышало эластичность кожи, как показателя роста содержания коллагена. (28)

В другом исследовании у 85 женщин было обнаружено, что прием внутрь гидролизата коллагена в течение восьми недель улучшал влажность кожи, эластичность, глубину морщин и шероховатость (все признаки увеличения содержания коллагена). (29)

4) Увеличивает рост волос

В исследовании с участием 15 женщин с редеющими волосами получение внутрь в течение 180 дней добавки коллагена привело к улучшению объема волос, покрытия волосами кожи головы, блеска и их толщины. Влажность и гладкость кожи также улучшились. (30)

Местное введение коллагена в кожу также может быть полезно для роста волос, так как он прикрепляется и проникает во внешний слой (кутикулу) волосяных фолликулов и увеличивать их толщину. (31)

5) Помогает увеличить плотность костей

Коллаген также является основным компонентом костей. С возрастом производство коллагена в наших костях уменьшается, что приводит к снижению плотности костной ткани. Люди старше 70 лет имеют более низкую плотность костной ткани и повышенный риск получения переломов.

Пациенты с остеопорозом и заболеванием пористых костей теряют плотность костной ткани более быстро, чем здоровые люди. Прием гидролизованного коллагена увеличивал плотность костной ткани у крыс. (32)

Гидролизованный коллаген также повышал уровень коллагена I типа в костях крыс с остеопорозом. (33)

Гидролизованный коллаген стимулирует хрящ-производящие клетки человека (хондроциты) для того, чтобы они производили больше внеклеточных молекул матрицы, включая сам коллаген. Эти данные указывают на то, что прием коллагена может эффективно предотвращать связанное с возрастом снижение плотности костной ткани у человека. (34)

6) Улучшает уровень глюкозы в крови

Пятьдесят человек, принимавших коллагеновые добавки в течение трех месяцев, показали более низкий уровень глюкозы в крови, артериального давления,  холестерина и креатинина. (35)

Для того, чтобы управлять уровнем глюкозы в крови, врачи обычно рекомендуют диету и физические упражнения. Пациенты также могут дополнить их диетическое питание коллагеном для уменьшения сахара крови и для того, чтобы увеличить уровни инсулина. (35)

7) Помогает лечить пролежни

В исследовании с участием 89 пациентов с пролежнями, добавление гидролизата коллагена три раза в день в течение восьми недель улучшало заживление язв. (36)

Что снижет выработку коллагена?

Ультрафиолетовое облучение

УФ-излучение активирует ряд факторов роста клеток и цитокиновых рецепторов, что увеличивает продукцию ММП (матриксных металлопротеиназ) и снижает выработку коллагена I типа. (37)

Воздействие солнечных лучей также нарушает стабильность внеклеточного матрикса и приводит к уменьшенной продукции коллагена. (37)

Дефицит витамина С

Витамин С необходим для правильного образования коллагена. Дефицит этого витамина может привести к цинге. Цинга является результатом неправильного образования коллагена во внеклеточном матриксе. Это приводит к деградации тканей и в конечном итоге может привести к смерти. (38, 38, 39)

Курение

Курение табака способно уменьшить выработку коллагена. Как показывают исследования курильщики вырабатывают на 18% меньше коллагена I типа и на 22% меньше коллагена III типа в своей коже, чем некурящие. (40)

Матриксные металлопротеиназы (ММП) отвечают за деградацию матриксных белков, таких как коллаген. Уровень ММП-8 в 2 раза выше у курильщиков, чем у некурящих, что означает, что белки матрикса деградируются с повышенной скоростью. (40)

Тканевой ингибитор матриксных металлопротеиназ (TIMP-1), как правило, останавливает ММП от деградации коллагена. Уровень TIMP-1 ниже на 14% в коже курильщиков. (40)

Снижая выработку коллагена, курение ускоряет старение кожи и ухудшает способность нашего организма восстанавливать раны. (40, 41)

Стресс и недостаток сна

Хорошо известно, что психологический стресс негативно влияет на наше здоровье. Стресс может косвенно привести к ускоренному старению кожи и плохому заживлению ран за счет снижения целостности коллагена. (42)

Недостаток сна (бессонница) вызывает психологический стресс и повышает уровень гормона кортизола. (43, 44, 45, 46)

Кортизол уменьшает выработку коллагена и его способность складываться. Это снижает стабильность коллагена. (47, 47)

Высокий уровень сахара в крови и диабет

Коллаген является долгоживущим белком (имеет низкую биологическую оборачиваемость). Аминокислоты в коллагеноподобном лизине и гидроксилисиле могут накапливать сахара с возрастом. Повышенный уровень сахара в крови (гипергликемия) делает коллаген более восприимчивым к накоплению глюкозы. (4, 48)

С возрастом коллаген становится жестче. Ученые могут предсказать возраст человека по тому, насколько хорошо их коллаген усваивается в лаборатории. Люди с сахарным диабетом, как правило, обладают более жестким коллагеном. (49)

Пациенты с высоким уровнем сахара в крови имеют меньше ферментативных перекрестных связей между коллагеновыми нитями, что приводит к менее стабильному образованию коллагена. (50) Сахара блокируют фермент LOX от правильного формирования коллагена. (50)

Диабетики показывают повышенный уровень гомоцистеина, который также снижает активность фермента LOX. Высокий уровень сахара и гомоцистеина снижает качество коллагена. (50)

Сахар также может блокировать рецепторы на коллагене. Когда эти рецепторы заблокированы, это делает их неузнаваемыми для молекул. В связи с этим диабет может изменять коллаген-ассоциированную клеточную сигнализацию и экспрессию генов, а также вызывать высвобождение провоспалительных молекул и свободных радикалов. (51)

Как увеличить производства коллагена? 

Продукты и вещества, увеличивающие выработку коллагена

Существует много типов коллагеновых добавок, но зачастую они требуют многократных доз в течение всего дня. Вот несколько ключевых факторов, которые будут стимулировать выработку коллагена естественным путем:

• Витамин С – содержится во многих фруктах и овощах. Он необходим ферментам для гидроксилирования коллагена и образования здоровых сшитых фибрилл. (38, 39)
• Лизин и пролин  -содержатся в постном мясе, таком как курица и рыба. Они являются аминокислотами, необходимыми для построения стабильных спиралей тропоколлагена. (13)
• Витамин В3 (ниацин) – также известный как ниацинамид и никотинамид. Содержится в высоких концентрациях в постном мясе, арахисе и грибах. Это предшественник NAD, который может помочь стимулировать синтез коллагена. (52)
• Витамин А – также известный как ретинол, содержится, например, в печени, яйцах и молочных продуктах. Он может снижать активность матриксной металлопротеиназы (ММП) и увеличивать выработку коллагена. (53)

Физическая нагрузка

Исследования, проведенные на мышах и крысах, показывают, что концентрация гидроксипролина и здорового коллагена увеличивается после физической нагрузки. (54, 55)

После физической нагрузки происходит увеличение мРНК, кодирующих коллаген I, III и IV типов, что указывает на увеличение выработки коллагена после физической нагрузки. (56, 57)

Маточное молочко

Маточное молочко секретируется железами медоносных пчел. Оно содержит много белков, сахаров, жиров, витаминов и минералов. В нем также есть ненасыщенные жирные кислоты, которые увеличивают выработку коллагена и уменьшают деградацию коллагена (понижают активность ММП). (58)

Одно исследование показало, что крысы, которым скармливали 1%-ную добавку маточного молочка, вырабатывали больше коллагена в своей коже. (58)

Алоэ вера

Алоэ вера – это растение, которое широко используется в продуктах для кожи и волос, таких как лосьоны, мази и шампуни. Традиционно алоэ вера используется для уменьшения раздражений кожи, например, от солнечных ожогов.

Дополнения алоэ вера могут улучшить состояние сморщенной кожи путем увеличения продукции коллагена и уменьшить скорость его деградации. У пациентов, которые использовали алоэ-вера в течение 90 дней, наблюдалось увеличение выработки коллагена и снижение активности гена MMП-1. (59)

Кремний

Кремний – это микроэлемент, который, вероятно, участвует в производстве коллагена. Кремний увеличивает выработку коллагена и количество фермента, необходимого для производства коллагена (пролилгидроксилазы) в хрящевых и костных клетках. (60)

Одна из форм кремния, называемая ортокремниевой кислотой (OSA), увеличивала выработку коллагена 1-го типа в костных клетках. (61) Эта кислота повышала уровень коллагена в коже телят. (63)

Крысы, лишенные кремния, снижают выработку коллагена в ранах и костях. (62)

Исследование с участием 134 женщин с низкой плотностью костной ткани (остеопения) или остеопорозом показало, что добавление ортокремниевой кислоты в течение 12 месяцев увеличивало маркеры синтеза коллагена 1 типа и минеральную плотность костной ткани в бедренной кости. (60)

Другое исследование у женщин с поврежденной солнцем кожей показало, что ортокремниевая кислота увеличивала гладкость кожи и уменьшала ломкость волос и ногтей, указывая на повышенную продукцию коллагена. (64)

Добавки коллагена

Дополнения (добавки) коллагена вообще производятся из тканей коров, свиней, или рыбы. Большинство этих добавок гидролизуются, что означает, что связи, удерживающие коллагеновые нити вместе, разрываются.

Трипептид коллагена, гидролизат коллагена, желатин, гидролизат желатина и гидролизованный желатин – все это разные названия для гидролизованного коллагена. Гидролизованные коллагеновые пептиды имеют меньшие размеры, чем обычные коллагеновые структуры, что позволяет организму лучше поглощать и использовать их.

Гидролизат желатина и коллагена происходит из одних и тех же источников: кожи и костей. Есть два основных различия между этими двумя коллагеновыми добавками.

Во-первых, пептиды гораздо меньше в гидролизованном коллагене, чем в  негидролизованном желатине. Негидролизованные или частично гидролизованные желатины имеют более длинные пептиды коллагена и плохо растворяются в воде. (65)

Во-вторых, гидролизованные коллагены легче усваиваются и всасываются в организм. Большие негидролизованные коллагеновые пептиды могут связываться только с пептидным транспортером PEPT1. Малые пептиды способны связываться как с транспортерами PEPT1, так и с транспортерами PEPT2 , что позволяет  гидролизованному коллагену легче усваиваться и поглощаться. (65, 66, 67)

Побочные эффекты при приеме коллагена

Нет никаких обнаруженных побочных эффектов от приема самого коллагена. Однако коллаген, полученный из рыбы, может иметь более высокое количество кальция. (68, 28, 69)

Некоторые люди ощущали стойкий неприятный вкус во рту при приеме коллагена, но это, скорее всего, было связано с особенностями работы ЖКТ этих людей. (70) Другие люди иногда после приема коллагена ощущали чувство сытости и появление изжоги. (71)

Большинство людей, которые принимали коллаген, сообщали только положительные отзывы. Они замечают значительное уменьшение боли в суставах, повышенную гибкость и более быстрый рост волос и ногтей. Чаще всего плохие отзывы связаны с отсутствием эффекта, а не связаны побочными явлениями.

Помогут ли крема с коллагеном вашей коже?

Короткий ответ – нет. Длинный ответ – возможно, но все же, вероятно, нет. Чтобы понять почему это не случится, необходимо узнать немного больше о коллагене и как он сделан.

Коллаген является структурным белком в соединительной ткани человека, прежде всего нашей кожи. Подавляющее большинство коллагена в нашей коже находится в дерме (второй слой кожи, который находится под эпидермисом), где он также производится. Клетки эпителия в дерме (фибробласты) синтезируют коллаген, который поддерживает остальную дерму, что и придает нашей коже основную структуру.

Что касается структуры самого коллагена, то это похоже на оплетку или веревку : отдельные аминокислоты соединяются, образуя длинные цепи, которые связываются вместе, образуя более толстые нити. Затем эти нити скручиваются и обматываются вокруг друг друга, образуя тройные спирали. Наконец, эти спирали соединяются конец в конец и укладываются друг на друга, образуя кластеры, называемые фибриллами. Другими словами, коллаген – это довольно сложная и массивная молекула.

Вот почему кремы, разработанные с чистым коллагеном, просто не могут соответствовать их высоким заявленным характеристикам — эти огромные плетеные молекулы коллагена просто слишком велики (300 kDa), чтобы проникнуть в ваш эпидермис кожи, и определенно слишком велики, чтобы спуститься в дерму.

“Ваша кожа может казаться более мягкой и гладкой [или] ваши морщины могут выглядеть менее заметными, но это все иллюзия—это просто то, что происходит на поверхности кожи”, – говорит Сьюзан Обаги, доктор медицинских наук, дерматолог UPMC и президент Американской академии косметической хирургии. “На самом деле крема с коллагеном не помогают вырабатывать коллаген.”

Чтобы обойти проблему доставки коллагена глубже в кожу, большинство лосьонов, кремов и таблеток, рекламирующих коллаген в качестве основного ингредиента, на самом деле содержат гидролизованный коллаген или пептиды коллагена. (Забавный факт: желатин – это форма гидролизованного коллагена!)

“По существу, гидролизованный коллаген был разбит на более мелкие цепочки аминокислот, называемые пептидами”, – рассказывает Джон Зампелла, доктор медицинских наук, дерматолог Нью-Йоркского университета. Некоторые ученые и дерматологи считают, что эти пептиды “могут проникать сквозь клетки в наружном барьере кожи и пробиваться в дерму, по существу [обеспечивая] строительные блоки для фибробластов, чтобы те стали производить новый коллаген”, – говорит доктор Зампелла.

И это действительно кажется правдоподобным, что применение крема, наполненного этими предшественниками коллагена, может помочь увеличить производство коллагена в коже, при условии, что эти пептиды в конечном итоге проникают в дерму. Но эта теория на самом деле не была проверена, не говоря уже об экспериментальном доказательстве.

Однако, есть некоторые исследования, которые показывают, что прием коллагена внутрь может улучшить внешний вид кожи. Согласно по крайней мере трем недавним исследованиям (70, 71, 72), прием коллагеновых пептидов внутрь связан с улучшением увлажнения кожи, эластичности и уменьшения морщин, по сравнению с плацебо. Однако эти исследования идут с несколькими звездочками: они использовали небольшую выборку (около 60 участников) и были краткосрочными (от 4 до 12 недель), и они были сосредоточены исключительно на женщинах старше 35 лет.

И если вы соблюдаете сбалансированную и здоровую диету (включая богатые белком продукты, такие как мясо, яйца, молочные продукты и бобы ), вы, вероятно, уже получаете весь необходимый вам коллаген.