Коллаген — самый распространенный белок в организме и главный структурный белок соединительной ткани. Добавление коллагена может улучшить симптомы артрита и улучшить здоровье суставов, а некоторые питательные вещества могут помочь организму вырабатывать больше собственного коллагена. Читайте дальше, чтобы узнать о коллагене больше.
Что такое коллаген?
Коллагеновое суперсемейство и внеклеточный матрикс
Ткани состоят не только из клеток. Большая часть объема ткани состоит из внеклеточного матрикса (ЕСМ), разнообразной сетки белков и сахаров, продуцируемых определенными клетками, которая действует как ступка, связывающая наши клетки вместе [ 1 ].
ЕСМ состоит из двух компонентов: протеогликанов и фиброзных белков. Коллаген, эластины, фибронектины и ламинины — все это волокнистые белки, составляющие основу ECM. Протеогликаны заполняют пространство между ними [ 2 ].
Коллаген — один из многих белков, встроенных в ECM. Фактически, это самый распространенный белок в тканях животных. Тридцать процентов от общей массы белка у млекопитающих состоит из коллагена [ 3 ].
Термин «коллаген» восходит к греческому слову kólla, что означает «клей» [ 4 ].
Белки коллагена производятся клетками соединительной ткани животных, называемыми фибробластами. Чтобы белок был классифицирован как коллаген, он должен образовывать коллагеноподобную тройную спираль и обеспечивать структурную поддержку в ECM [ 5 ].
Структура коллагена
Тропоколлаген
Тропоколлаген — это основной строительный блок коллагена. Он состоит из трех цепочек пептидов (групп аминокислот), которые свернуты в спираль. Эти нити известны как альфа-цепи (α-цепи) [ 6, 7 ].
Коллагеновая область: эта область представляет собой серию из трех аминокислот. Первая аминокислота, глицин, является наиболее важной. Следующие две могут быть любой аминокислотой, но обычно это пролин и гидроксипролин. Повторяющаяся аминокислотная последовательность отвечает за спиральную структуру тропоколлагена [ 8 ].
Три пептидных нити тропоколлагена богаты глицином. Продукты, содержащие много коллагена, также содержат высокий уровень глицина. Глицин помогает защитить сосудистую систему, поскольку он способен уменьшать образование тромбов и воспаление [ 9 ].
Неколлагеновая область: в этой области отсутствует повторяющаяся аминокислотная последовательность, необходимая для спиральной структуры. Он содержит сайты связывания, с которыми взаимодействуют другие молекулы ЕСМ [ 6 ]. Множественные тропоколлагены перекрестно связываются с образованием коллагеновых фибрилл [ 7 ].
Типы коллагена
Коллаген расположен по всему телу и выполняет множество известных и неизвестных функций. У людей есть 28 различных типов белков коллагена и еще больше генов, связанных с коллагеном [ 3 ].
Некоторые коллагены встречаются гораздо чаще, чем другие. Более 80% коллагена относится к типу I, II или III, которые находятся в основном в коже, костях, сухожилиях, хрящах, легких, кишечнике и сосудистой системе [ 10 ].
Коллаген IV типа также очень распространен, поскольку он является основным компонентом внеклеточного матрикса, продуцируемого клетками кожи [ 11 ].
Существует пять основных типов коллагена:
- Тип I
- Тип II
- Тип III
- Тип IV
- Тип V
Синтез коллагена и требования к складыванию
Синтез белков коллагена в организме — сложный процесс. Во-первых, клетки должны правильно читать гены в нашей ДНК, чтобы производить α-цепи. Затем три α-цепи наматываются друг на друга. Идентичны ли α-цепи или нет, зависит от типа коллагена [ 12 ].
Когда эти одиночные α-цепи образуются внутри клетки, ферменты (пролилгидроксилаза и лизилгидроксилаза) модифицируют аминокислоты пролин и лизин. Эти модификации необходимы для образования устойчивой тройной спирали [ 13 ].
Сворачивание коллагена обычно происходит до его выхода из клетки (из аппарата Гольджи) [ 13, 14 ].
Каждый тип коллагена имеет определенное соотношение глицина, пролина, гидроксипролина и гидроксилизина. Мутации, влияющие на коллаген, могут иметь негативные последствия для здоровья.
Генетические заболевания, снижающие выработку коллагена
Болезнь ломкости костей (несовершенный остеогенез)
Несовершенный остеогенез (НО) — это заболевание, связанное с коллагеном, которое является наследственным и неизлечимым. Это болезненное заболевание, характеризующееся хрупкостью костей и аномальными тканями [ 15 ].
В зависимости от мутации, у человека может быть диагностировано легкое, тяжелое или летальное состояние ОИ (Osteogenesis imperfecta), но любая форма заболевания увеличивает риск переломов костей [ 15 ].
ОИ — это аутосомно-доминантное заболевание, то есть для того, чтобы увидеть эффект в организме, требуется мутация только одного из двух генов. Одна мутация в гене COL1A1 может снизить количество коллагена I типа и вызвать легкое нарушение OI [ 15 ].
Наиболее распространенной мутацией является замена аминокислоты глицина в триплете, которая обычно вызывает неправильное сворачивание тройной спирали. Тяжелые и летальные формы OI являются результатом мутаций в обоих COL1A1 или COL1A2 генах, которые нарушают тройную спираль [ 16, 17, 15 ].
Синдром Элерса-Данлоса
Синдром Элерса-Данлоса (СЭД) вызван дефицитом коллагена или дефектной структурой коллагена. Чаще всего EDS связан с мутациями COL1A1, COL1A2, COL3A1, COL5A1, COL5A2, которые влияют на коллаген типа I, III и V. Все эти мутации влияют на фибриллярный коллаген, необходимый для кожи, сухожилий и сосудистой системы [ 18 ].
Многие механизмы и мутации могут снизить выработку коллагена и привести к EDS. Существует не менее 10 различных подтипов EDS [ 19 ].
Как правило, все пациенты с EDS имеют одинаковые черты: очень эластичная кожа, хрупкая кожа, гибкие суставы и легкие синяки. Пациенты с EDS обычно имеют нестабильные суставы и более склонны к вывихам и хронической боли. Некоторые формы EDS гораздо более опасны для жизни, так как пациенты могут иметь повышенный риск разрыва кровеносных сосудов [ 19, 20 ].
Возможные преимущества добавок с коллагеном
1) Ревматоидный артрит и остеоартрит
У 60 пациентов с тяжелым ревматоидным артритом (РА) трехмесячный прием куриного коллагена II типа уменьшил количество опухших и болезненных суставов по сравнению с плацебо (DB-RCT). У четырех пациентов в группе коллагена исчезли все симптомы и остановилось прогрессирование заболевания [ 21 ].
Более крупное исследование 274 пациентов с РА показало, что многократные дозы (20, 100, 500 и 2500 мкг) уменьшали количество опухших и болезненных суставов [ 22 ].
Исследование 52 пациентов с остеоартритом показало, что 90-дневный прием куриного коллагена II типа уменьшил симптомы их состояний, уменьшил боль и улучшил их способность выполнять повседневные действия, включая ходьбу вверх и вниз по лестнице [ 23 ].
У собак с артритом коллаген типа II в течение 90 дней уменьшал боль и повышал физическую активность [ 24 ].
2) Здоровье суставов
Исследование 147 спортсменов с болью в суставах показало, что гидролизат коллагена в течение 24 недель значительно уменьшил их боль [ 25 ].
В другом исследовании 139 спортсменов с болью в коленях пять граммов пептидов коллагена в день в течение 12 недель уменьшали боль, связанную с физической активностью [ 26 ].
Следующие предполагаемые преимущества подтверждаются только ограниченными некачественными клиническими исследованиями.
3) Здоровье кожи
Кожа — самый большой орган тела, а коллаген — один из его основных компонентов. С возрастом содержание коллагена уменьшается на 1% в год (на единицу площади поверхности кожи). Это уменьшение проявляется в виде морщин, разрыхления и дряблости кожи [ 27 ].
Одно исследование с участием 69 женщин показало, что ежедневный прием коллагеновых добавок в течение восьми недель повышает эластичность кожи, что является показателем увеличения коллагена [ 28 ].
Другое исследование с участием 85 женщин показало, что восемь недель гидролизата коллагена улучшили влажность, эластичность, уменьшили морщины и шероховатость кожи (все признаки увеличения коллагена) [ 29 ].
4) Рост волос
В исследовании, проведенном с участием 15 женщин с истончением волос, 180-дневный прием коллагеновых добавок привел к улучшению объема волос, покрытия кожи головы, блеска и толщины. Также улучшились влажность и гладкость кожи [ 30 ].
Местное введение коллагена может быть полезным для роста волос, поскольку он может прикрепляться и проникать во внешний слой (кутикулу) волосяных фолликулов и увеличивать их толщину [ 31 ].
Помимо добавления коллагена, вы также можете искать продукты по уходу за волосами и кожей, содержащие гидролизат коллагена.
5) Сахар в крови
Нормальный уровень сахара в крови составляет от 70 до 130 мг/дл между приемами пищи и не превышает 180 мг/дл через два часа после еды.
У пятидесяти человек, которые принимали добавки коллагена в течение трех месяцев, были более низкие уровни сахара в крови, артериального давления, холестерина и креатинина [ 32 ].
Чтобы контролировать уровень глюкозы в крови, врачи обычно рекомендуют диету и упражнения. Люди также могут дополнять свой рацион коллагеном, чтобы снизить уровень сахара в крови и повысить уровень инсулина [ 32 ].
6) Пролежни
В исследовании 89 пациентов с пролежнями добавление гидролизата коллагена три раза в день в течение восьми недель улучшало заживление пролежней [ 33 ].
Никакие клинические данные не подтверждают использование коллагена при каких-либо состояниях, перечисленных в этом разделе ниже. Тут приводится краткое изложение существующих исследований на животных и клетках, которые должны направить дальнейшие исследования.
7) Плотность костей
Коллаген также является важным компонентом костей. С возрастом выработка коллагена в наших костях снижается, что снижает их плотность. Люди старше 70 лет имеют более низкую плотность костей и повышенный риск травм.
Пациенты, страдающие остеопорозом и болезнью пористых костей, теряют плотность кости быстрее, чем обычно.
Гидролизованный коллаген увеличивает плотность костной ткани у крыс [ 34 ].
Гидролизованный коллаген также увеличивает содержание коллагена I типа в костях крыс с остеопорозом [ 35 ].
Гидролизованный коллаген стимулирует человеческие хрящевые клетки (хондроциты) производить больше молекул внеклеточного матрикса, включая сам коллаген [ 36 ].
Факторы, снижающие выработку коллагена
1) УФ-излучение
УФ-излучение активирует несколько факторов роста клеток и рецепторы цитокинов, что увеличивает выработку ММП (матриксная металлопротеиназа) и снижает выработку коллагена I типа [ 37 ].
Воздействие солнца нарушает стабильность ВКМ из-за снижения выработки коллагена и увеличения разрушения внеклеточного матрикса [ 37 ].
2) Дефицит витамина С
Витамин С необходим для правильного образования коллагена. Дефицит витамина С может привести к цинге. Цинга — это результат неправильного формирования коллагена в ECM. Это приводит к деградации тканей и может в конечном итоге привести к смерти [ 38 , 39 ].
3) Курение
Курение табака может снизить выработку коллагена. Курильщики производят на 18% меньше коллагена типа I и на 22% меньше коллагена типа III в коже, чем некурящие [ 40 ].
Матричные металлопротеиназы (ММП) ответственны за разрушение матричных белков, таких как коллаген. Уровень MMП-8 у курильщиков в 2 раза выше, чем у некурящих, что означает, что матричные белки разлагаются быстрее [ 40 ].
Тканевый ингибитор матриксных металлопротеиназ (ТИМП-1) обычно останавливает разрушение коллагена ММП. Уровни ТИМП-1 в коже курильщиков на 14% ниже [ 40 ].
Уменьшая выработку коллагена, курение ускоряет старение кожи и снижает способность нашего организма заживлять раны [ 40 , 41 ].
Одна из причин, по которой курение снижает выработку коллагена, может заключаться в том, что курильщики нуждаются в большем количестве витамина С, чем некурящие [ 42 ].
4) Стресс и недостаток сна
Хорошо известно, что стресс негативно сказывается на нашем здоровье. Стресс может косвенно привести к ускоренному старению кожи и плохому заживлению ран из-за снижения целостности коллагена [ 43 ].
Недостаток сна вызывает стресс и повышает уровень кортизола [ 44, 45, 46, 47 ].
Кортизол снижает выработку коллагена и его способность сворачиваться. Это снижает стабильность коллагена [ 48 ].
5) Повышенный уровень сахара в крови и диабет
Коллаген — долгоживущий белок (имеет низкий биологический оборот). Аминокислоты в коллагеноподобном лизине и гидроксилизиле могут накапливать сахара с возрастом. Высокий уровень сахара в крови (гипергликемия) делает коллаген более восприимчивым к накоплению глюкозы [ 4, 49 ].
С возрастом коллаген становится жестче. Исследователи могут предсказать возраст человека по тому, насколько хорошо его коллаген переваривается в лаборатории. У людей с диабетом обычно наблюдается более жесткий коллаген [ 50 ].
У пациентов с высоким уровнем сахара в крови меньше ферментативных сшивок между коллагеновыми цепями, что приводит к менее стабильному образованию коллагена [ 51 ].
Сахар блокирует фермент LOX от правильного образования коллагена [ 51 ].
У диабетиков повышен уровень гомоцистеина, что также снижает активность фермента LOX. Высокий уровень сахара и гомоцистеина снижает качество коллагена [ 51 ].
Сахар также может блокировать рецепторы коллагена. Когда эти рецепторы заблокированы, это делает их неузнаваемыми для рецепторов. В связи с этим диабет может изменять передачу сигналов клеток, связанных с коллагеном, и экспрессию генов, а также вызывать высвобождение провоспалительных молекул и свободных радикалов [ 52 ].
Факторы, увеличивающие выработку коллагена
Исследования на животных и людях показали, что некоторые продукты питания, добавки и образ жизни увеличивают выработку коллагена.
1) Питательные вещества
Существует много типов добавок коллагена, но часто они требуют приема нескольких доз в течение дня. В интересах поддержки способности организма вырабатывать собственный коллаген несколько питательных веществ взаимодействуют с производством и влияют на него, в том числе:
- Витамин С — содержится во многих фруктах и овощах. Это необходимо ферментам для гидроксилирования коллагена и образования здоровых сшитых фибрилл [ 38, 39 ].
- Лизин и пролин — содержатся в нежирном мясе, таком как курица и рыба. Это аминокислоты, необходимые для построения стабильных спиралей тропоколлагена [ 13 ].
- Витамин B3 ( ниацин ) — также известен как ниацинамид и никотинамид. В высоких концентрациях содержится в нежирном мясе, арахисе и грибах. Это предшественник NAD/NADH, который может помочь стимулировать синтез коллагена [ 53 ].
- Витамин А — также известный как ретинол, содержится в печени, яйцах и молочных продуктах. Он может снизить активность матриксной металлопротеиназы (ММП) и увеличить выработку коллагена [ 54 ].
2) Ортокремниевая кислота
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 [ 55 ].
Форма кремния, называемая ортокремниевой кислотой (OSA), увеличивает выработку коллагена 1 типа в костных клетках [ 56 ].
Крысы, лишенные кремния, снизили выработку коллагена в ранах и костях [ 57 ].
OSA увеличивает уровень коллагена в коже телят [ 58 ].
Исследование 134 женщин с низкой плотностью костей (остеопения), низкой плотностью костей или остеопорозом показало, что добавление OSA в течение 12 месяцев увеличивало маркеры синтеза коллагена 1 типа и минеральной плотности костной ткани в бедренной кости [ 55 ].
Другое исследование с участием женщин с поврежденной солнцем кожей показало, что OSA увеличивает гладкость кожи и снижает ломкость волос и ногтей, что указывает на увеличение выработки коллагена [ 59 ].
3) упражнения
После упражнений наблюдается увеличение количества мРНК, кодирующих коллаген типов I, III и IV. Это указывает на то, что выработка коллагена может увеличиваться после упражнений [ 60 , 61 ].
Исследования, проведенные на мышах и крысах, показывают, что концентрация гидроксипролина и здорового коллагена увеличивается после физических упражнений [ 62 , 63 ].
4) Алоэ Вера
Алоэ вера — это растение, которое широко используется в продуктах для кожи и волос, таких как лосьоны, мази и шампуни. Традиционно алоэ используется для уменьшения раздражений кожи, таких как солнечные ожоги или другие виды раздражений.
Добавки алоэ вера могут уменьшить морщинистость кожи за счет увеличения выработки коллагена и уменьшения его деградации. У пациентов, которые использовали алоэ вера в течение 90 дней, отмечалось увеличение выработки коллагена и снижение активности гена MMP-1 [ 64 ].
Никакие клинические данные не подтверждают перечисленные ниже подходы к увеличению коллагена. Ниже приводится краткое изложение существующих исследований на животных и клетках, которые должны направить дальнейшие исследования.
5) Маточное молочко
Маточное молочко (RJ) секретируется железами медоносных пчел. Он содержит много белков, сахаров, жиров, витаминов и минералов. RJ также содержит ненасыщенные жирные кислоты, которые увеличивают выработку коллагена и уменьшают деградацию коллагена у крыс (снижает активность ММП) [ 65 ].
Одно исследование показало, что крысы, которым давали 1% добавку RJ, вырабатывали больше коллагена в коже [ 65 ].
Коллагеновые добавки
Коллагеновые добавки обычно получают от коров, свиней или рыб. Большинство этих добавок гидролизуются, а это означает, что связи, удерживающие вместе нити коллагена, разрываются.
Трипептид коллагена, гидролизат коллагена, желатин, гидролизат желатина и гидролизованный желатин — это другие названия гидролизованного коллагена. Гидролизованные пептиды коллагена меньше, чем нормальные структуры коллагена, что теоретически позволяет организму лучше их усваивать и использовать.
Гидролизат желатина и коллагена происходят из одних и тех же источников: кожи и костей. Есть два основных различия между двумя добавками коллагена.
Во-первых, пептиды в гидролизованном коллагене намного меньше, чем в негидролизованном желатине. Негидролизованные или частично гидролизованные желатины имеют более длинные пептиды коллагена и плохо растворяются в воде [ 66 ].
Во-вторых, гидролизованный коллаген легче переваривается и усваивается организмом. Большие негидролизованные пептиды коллагена могут связываться только с пептидным транспортером PEPT1. Малые пептиды способны связываться с обоими PEPT1 и PEPT2 транспортеров, позволяя гидролизованному коллагену легче перевариваться и всасываться [ 66, 67, 68 ].
Побочные эффекты и безопасность
Коллаген считается чрезвычайно безопасным для употребления, особенно с учетом того, что это простой животный белок, который присутствует в некоторых продуктах питания. Нет сообщений о побочных эффектах от приема самого коллагена; однако коллаген, полученный из рыбных источников, может иметь более высокую концентрацию кальция [ 69, 28, 70 ].
В редких случаях у некоторых людей может развиться аллергия на говяжий коллаген [ 71, 72 ].
Отзывы
Большинство людей, принимавших коллаген, сообщают о хорошем опыте. Они заметили значительное уменьшение боли в суставах, повышение гибкости и более быстрый рост волос и ногтей. Есть несколько негативных впечатлений, но чаще всего плохие отзывы, кажется, связаны с отсутствием эффекта, а не с неблагоприятными побочными эффектами.
