Słowo kolagen pochodzi z greckiego (kólla) i oznacz kalej. Ten biopolimer jest głównym białkiem konstrukcyjnym spajającym i nadającym jędrność tkankom. Niestety wraz z wiekiem traci on swoje właściwości sztywniejąc, a cukrzyca znacznie przyspiesza ten proces i prowadzi do wielu ciężkich powikłań. Kolagen ma prosty skład aminokwasowy, a za jego doskonałe właściwości mechaniczne odpowiada zaawansowana struktura molekularnej sprężyny. Kluczowym składnikiem do syntezy kolagenu jest witamina C. Kolagen gromadzi się głównie w tkance łącznej a jego niedobór to szkorbut. Nadmierna produkcja kolagenu powoduje powstawanie twardych, przerośniętych blizn. Na rynku dostępne są kosmetyki z kolagenem, a medycyna estetyczna stosuje go jako wypełniacz tkankowy.
Struktura i funkcja kolagenu w organizmie ludzkim
Kolagen pełni rolę kleju tkankowego, jest twardy i elastyczny zarazem. Swoją budową przypomina sprężynę (molekularna potrójna helisa), z której utkane jest gęste zewnątrzkomórkowe rusztowanie będące podparciem i spoiwem dla komórek tworzących tkanki i organy. W przeciwieństwie do roślin, komórki ludzkie (zwierzęce) nie posiadają sztywnej ściany komórkowej, otacza je tylko “płynna” błona lipidowa. ~90% sprężystość (zdolność do odzyskiwania pierwotnego kształtu) kolagenu nadaje tkankom doskonałe właściwości mechaniczne. Najwięcej kolagenu znajduje się w tkance łącznej z której zbudowane są: chrząstki, kości, ścięgna, więzadła i skóra. Kolagen jest też bardzo ważny dla: naczyń krwionośnych, rogówki oka, mięśni.
Jakie są rodzaje kolagenu
Wyróżniamy 28 rodzajów kolagenu – różne tkanki mają charakterystyczny dla siebie wariant. 90% całego kolagenu stanowi typ I.
Biosynteza kolagenu
Kolagen jest białkiem zewnątrzkomórkowym, ale wytwarzany jest w komórkach. Wewnątrzkomórkowa fabryka produkująca białka (retikulum endoplazmatyczne) syntetyzuje rozpuszczalny prokolagen (niedojrzały), którego końce przycinane są po wydzieleniu na zewnątrz komórki. W wyniku dojrzewania włókna kolagenu spontanicznie sieciują ze sobą nawzajem tworząc nierozpuszczalną zewnątrzkomórkową macierz będącą oparciem dla “wiotkich” komórek.
Aminokwasy w kolagenie
3 aminokwasy endogenne (samodzielnie wytwarzane przez organizm) stanowią niemal 60% masy kolagenu. Są to Glicyna, prolina i jej pochodna – hydroksyprolina. Charakterystyczna dla kolagenu jest obecność hydroksyproliny, która nie występuje w innych białkach, a w strukturze kolagenu może stanowić nawet 14%. Hydroksyprolina powstaje na etapie potranslacyjnym – enzym hydroksylaza prolinowa przyłącza grupę -OH po włączeniu proliny do nowo powstającego łańcucha kolagenowego w retikulum endoplazmatycznym. Hydroksyprolina jest tzw. aminokwasem niebiałkowym – nie występuje w kodzie genetycznym.
Witamina C
Kluczowym z punktu widzenia organizmu składnikiem do produkcji kolagenu jest witamina C (kwas askorbinowy). Ciało ludzkie nie wytwarza askorbinianu, który musi zostać dostarczony w diecie. Witamina C jest kofaktorem hydroksylaz modyfikujących potranslacyjnie kolagen. Kwas askorbinowy pełni rolę donora (dawcy) grupy hydroksylowej (-OH) dla hydroksyaminokwasów. Niedobór witaminy C prowadzi do zahamowania syntezy kolagenu i wielonarządowej choroby o nazwie szkorbut, która objawia się głównie samoistnymi krwawieniami.
Kolagen w gojeniu ran
Komórki za pomocą receptorów rozpoznają rodzaj kolagenu charakterystyczny dla danej tkanki. Dlatego kolagen wpływa na migrację, różnicowanie i rozmnażanie komórek podczas regeneracji tkanek. Komórki skóry (fibroblasty) wydzielają najwięcej kolagenu. W leczeniu ran stosowane są opatrunki biologiczne pokryte kolagenem, stymulującym namnażanie fibroblastów i regenerację skóry gdy z jakiegoś powodu doszło do stagnacji gojenia rany. W gojeniu ran chronicznych ważna jest również dostępność składników odżywczych – odpowiednia podaż białka w diecie i dostępność tlenu. W przebiegu cukrzycy dochodzi do uszkodzenia naczyń krwionośnych i rozwoju trudnego w leczeniu owrzodzenia – tzw. stopa cukrzycowa. Wówczas pacjentów leczy się tlenem pod wysokim ciśnieniem.
Bliznowiec
Bliznowiec (keloid) to nadmierny rozrost tkanki w miejscu urazu, czyli przerośnięta blizna, która może samoistnie przyrastać po zagojeniu. Keloid jest zaburzeniem gojenia ran o nieznanym podłożu, polega na tym że synteza kolagenu nie ustaje po zabliźnieniu rany. Zaobserwowano, że tendencja do tworzenia bliznowców spada z wiekiem. U osób z predyspozycją bliznowiec może powstawać nawet w przypadku drobnych zadrapań, skaleczeń. Ta łagodna zmiana charakteryzuje się różowym lub jasno brązowym zabarwieniem i twardą, guzowatą, wystającą ponad powierzchnię skóry strukturą. Bliznowiec może powodować ból i swędzenie jeżeli znajduje się w miejscu narażonym np. na ocieranie. Blizna składa się głównie z kolagenu typu pierwszego.
Starzenie
Skóra traci swoją jędrność i wraz z wiekiem powstają zmarszczki. Proces ten wynika z nieodwracalnych zmian w strukturze kolagenu, które kumulują się przez lata. Macierz kolagenowa jest bardzo trwała, podlega procesowi powolnej glikacji (przyłączenie glukozy). Wprowadzenie cukru do kolagenu zmniejsza naturalną sprężystość jego helikalnej struktury. Reasumując kolagen sztywnieje z wiekiem.
Wpływ cukrzycy na kolagen i układ krwionośny
Analogicznie glukoza usztywnia kolagen naczyń krwionośnych. Wraz z utratą sprężystości włókien kolagenowych naczynia krwionośne stają się kruche, pękają a tkanki w ich sąsiedztwie tracą zaopatrzenie w tlen i składniki odżywcze. Pacjenci cierpiący na cukrzycę borykają się z szeregiem przewlekłych powikłań u podstawy, których leżą problemy w ukrwieniu tkanek. Do przewlekłych powikłań cukrzycy wynikających z uszkodzenia naczyń krwionośnych zaliczamy:
- Utrudnione gojenie ran – np. stopa cukrzycowa.
- Choroby oczu – retinopatia, zaćma, jaskra.
- Choroby dziąseł.
- Zaburzenia erekcji.
Źródła kolagenu w diecie
Kolagen jest najbardziej rozpowszechnionym białkiem zwierzęcym, stanowi do 35% całkowitej masy wszystkich białek. Dlatego osoby spożywające mięso nie muszą się martwić o niedobór składników do jego syntezy. Prolinę zajdziemy również w jajkach, mleku i jego przetworach oraz w roślinach strączkowych. Poza mięsem glicyna występuje obficie także w nasionach i orzechach.
Suplementacja
Powszechnie dostępnym i tanim źródłem kolagenu jest żelatyna spożywcza. Do syntezy kolagenu potrzebna jest witamina C, dlatego warto zadbać o jej podaż podczas suplementacji kolagenu. Zwiększone spożycie kolagenu może być wskazane np. po urazach, zabiegach ortopedycznych, w przypadku trudno gojących się ran.
Kolagen w kosmetykach i medycynie estetycznej
Zastrzyki z kolagenu bydlęcego stosowane są do wypełniania/ ujędrnienia zmarszczek, blizn i zagłębień w skórze. Wstrzyknięty kolagen może pobudzać namnażanie fibroblastów (komórki skóry) i produkcję własnego kolagenu. Innym popularnym wypełniaczem tkankowym jest kwas hialuronowy lub tłuszcz. Botox jest najpopularniejszą substancją stosowaną do wygładzania zmarszczek – działa na innej zasadzie niż wypełniacze, zmniejsza napięcie mięśniowe.
Kremy z kolagenem stosowane na skórę, chyba mają za zadanie głównie nawilżać. Zewnętrzna warstwa skóry jest martwa i zrogowaciała – kolagen z kremu nie ma dostępu do fibroblastów.