Коллаген – нити здоровья

Коллаген, самый обычный белок соединительной ткани, стремительно ворвался в нашу жизнь на волне расширения рынка японских (а еще более того – южнокорейских) товаров для красоты и здоровья всего несколько лет назад, но уже прочно закрепился в ней. Кремы и гели с коллагеном для улучшения эластичности кожи и возвращения ей упругости и гладкости уже не кажутся инновационными антиэйджинговыми разработками, а воспринимаются как нечто обыденное, их место занял новый нутрицевтический тренд употребления коллагена вовнутрь.

Подобные формы коллагена активно производятся фармацевтическими фирмами (рынок коллагеновых продуктов растет ежегодно на шесть с половиной процента и к 2025 году должен достичь шести с лишним миллиардов долларов, при этом, например, ведущую роль в прошлом году в нем играли уже не азиатские страны, а Европа) и просто пищепромом – как в виде отдельных продуктов питания и/или их компонентов, так и как модная биологически активная диетическая добавка1. Сок алоэ с коллагеном, жевательные конфеты с коллагеном, питьевой коллаген, коллагеновое желе, таблетки... этому списку нет конца.

Можем ли мы действительно воздействовать на кожу и другие ткани нашего организма таким образом (и – более того – является ли, как утверждают некоторые производители, употребление коллагена вовнутрь альтернативой пластическим операциям), какое применение коллагену находит современная медицина и что про коллаген стоит знать потребителю, расскажет эта статья.

Этот старый новый коллаген

Для начала несколько слов о том, что же такое коллаген.

Коллаген (от греческого kollagenes – производящий клей) – это один из протеинов соединительной ткани организма, так называемый структурный белок. Он исполняет функции жесткого каркаса всех органов и тканей (молекулы коллагена могут выдерживать нагрузку, в 10 000 раз превышающую их собственный вес) и, как это любят рассказывать производители косметологических продуктов, действительно отвечает за упругость мышц и плотность кожи2. Это очень специфический белок, механические свойства которого обеспечивают как его состав, так и пространственное расположение составляющих его молекулу аминокислот внутри белка, а также самого белка в еще более сложных структурах – фибриллах, тонких пучках своеобразных коллагеновых «нитей», и коллагеновых волокнах – пучках фибрилл.

Три основные аминокислоты коллагена – глицин, пролин и гидроксипролин – для формирования молекулы собираются в тройные закрученные полипептидные спирали, причем один виток спирали каждой такой «скрутки» состоит из трех аминокислот, при этом каждая третья аминокислота в полипептидной цепи представлена глицином. В спирализации участвует более 90% всей цепи.

Помимо упорядоченной спиральной структуры (на которую в 3D можно посмотреть, например, здесь), коллаген отличается еще и тем, что имеет в своем составе около двадцати одного процента довольно редко встречающейся аминокислоты гидроксилизина, а вот такие распространенные аминокислоты, как цистеин и триптофан, в нем, наоборот, отсутствуют. Для человека это означает необходимость обеспечения постоянного получения лизина извне – потому что если глицин и пролин мы можем синтезировать сами, то вот лизин – это несинетезируемая незаменимая аминокислота, которую мы получаем только с пищей3.

Когда цепи и спирали сформированы, начинается сборка коллагеновых волокон. Для этой цели коллагеновые структуры, уложенные параллельными пучками «голова к хвосту» вдоль будущего волокна и сдвинутые ступеньками относительно друг друга на одно и то же расстояние, «сшиваются» фибробластами поперечно.

Именно эти поперечные сшивки обеспечивают упругость и прочность каркаса, который создает коллаген для органов и тканей, а сами фибриллы представляют собой основной компонент внеклеточного матрикса, в котором коллаген образует комплексы с протеогликанами и другими компонентами и участвует в межклеточном взаимодействии. Из-за своей прочности и жесткости коллаген является основным компонентом хряща, сухожилий, костей и зубов, а также обеспечивает сохранение формы кровеносных сосудов4. По мере старения организма поперечных сшивок в волокнах становится все больше, что приводит к увеличению хрупкости хрящей и сухожилий, делает более ломкими кости, понижает прозрачность хрусталика глаз.

В настоящее время описано почти 30 типов коллагена, которые отличаются друг от друга по аминокислотной последовательности, а также по интенсивности гидроксилирования или гликозилирования, но основными из них (более 90 % всего коллагена человека) являются I, II,III и IV типы.

I тип коллагена, самый распространенный и наиболее давно изученный, находится практически во всех тканях – в коже, костях, в склере и роговице глаза, создает стенку артерий, и так далее. II тип отвечает за хрящи и такие части глаза, как роговица и стекловидное тело, III в большом количестве обнаруживается в тканях плода, формирует стенки сосудов (его недостаток, например, обуславливает развитие аневризмы аорты), а IV точечно содержится в капсуле хрусталика и базальных мембранах.

Функции коллагена

Как уже можно было понять, функции коллагена не ограничиваются только механической поддержкой органов, а включают участие в таких важных процессах, как, например, регенерация, клеточная дифференцировка и подвижность, а также морфогенез (формообразование) органов и тканей в процессе развития и роста организма. Его биохимическая активность без всякого преувеличения огромна. Например, тройная спираль коллагена I типа длиной 300 нм содержит сайты связывания для более чем 50 других молекул.

T. Koide в своей работе, касающейся синтеза коллагена для медицинских целей, «Designed triple-helical peptides as tools for collagen biochemistry and matrix engineering»5 приводит следующую краткую классификацию функций коллагена:

обеспечение механической прочности тканей,

передача сигнала через трансмембранные рецепторы,

передача сигнала через лиганды (при этом сами триплексы могут служить сигнальными лигандами),

регуляция функции белка и образования белковых комплексов (например, активация фактора Виллебранда, который отвечает за свертывание крови, запускается при связывании коллагеном),

образование и биохимическое функционирование внеклеточного матрикса (в тесном взаимодействии с остальными его компонентами), и

функции, которые регулируются распадом коллагена.

Коллаген и его враги

Для того, чтобы коллаген успешно выполнял свои функции, ему нужно несколько условий.

Во-первых, это уже упомянутое выше поступление в достаточном количестве необходимых для его построения аминокислот.
Во-вторых, это наличие аскорбиновой кислоты, то есть витамина С, присутствие которой позволяет ферментам-гидроксилазам создавать из пролина и лизина гидроксипролин и гидроксилизин в уже синтезированном коллагене.
В-третьих, это наличие нормальных уровней половых гормонов: эстрогенов у женщин, тестостерона у мужчин.
И, в-четвертых, это ограничение воздействия факторов, которые вызывают так называемые свободнорадикальные процессы в коже: курения, неблагоприятного воздействия окружающей среды и тому подобного, – а также ультрафиолета.

Последний процесс (негативное воздействие избыточного ультрафиолета на коллаген) называется фотостарением и может протекать длительно, потому что гены разрушения коллагена включаются, а гены синтеза подавляются6.

Коллаген и старость

Коллаген разрушается также и в результате обычного старения.

В коже молодых людей коллагеновые пучки хорошо организованы – они расположены таким образом, что допускают растяжение с возвратом в их исходное состояние, чему способствует переплетение эластичных волокон. При старении – а этот процесс начинается для коллагена с 30 лет – увеличивается плотность коллагеновых пучков, они теряют свою растяжимость, становятся фрагментированными, дезорганизованными и менее растворимыми.

Как ультрафиолетовое излучение, так и процесс старения (в основном за счет производства активных форм кислорода) приводят к усилению активности ферментов, разрушающих коллаген – матриксных металлопротеиназ. Кроме того, происходит снижение синтеза коллагена и, следовательно, сдвиг в балансе между синтезом и распадом, а также дисбаланс содержания различных типов коллагена. Так, в молодой коже молодых людей 80% коллагена представлено коллагеном I типа, и только 15 – типом III, однако с возрастом наблюдается снижение уровня коллагена I, в результате чего соотношение коллагена типа III к типу I увеличивается.

Также наблюдаются изменения в уровнях типов коллагена IV и VII. Коллаген IV типа обеспечивает структурную основу для других молекул и играет ключевую роль в поддержании механической стабильности, а коллаген VII типа образует так называемые «якорные» фибриллы, имеющие решающее значение для связывания различных слоев кожи. Предполагается, что потеря этих типов коллагена способствует образованию морщин7.

Таким образом, для поддержания нормального уровня коллагена в организме необходимы: незаменимые аминокислоты, витамин С, достаточное количество половых гормонов и отсутствие избыточного воздействия ультрафиолета.

Достаточное количество половых гормонов не обеспечивается добавками с коллагеном, а незаменимые аминокислоты (как и витамин С) можно получить и просто так с пищей, причем это будет гораздо дешевле, чем принимать коллагеновую добавку. Кроме того, употребляемый вовнутрь коллаген совершенно необязательно, как надеются многие женщины, пойдет именно в кожу – организм «заткнет им дыры» там, где потребность в коллагене будет больше: в стенке сосуда, роговице глаза, мышце, суставном хряще...

Так что коллагеновые добавки, безусловно, полезны. Их можно использовать, например, если обычный рацион беден белком и разбалансирован по составу, или возникли обстоятельства, которые сделали его таким: стресс, путешествия, нахождение на диете по снижению веса8. Но не менее полезным и доступным способом остается модификация самой диеты.

Коллаген и где он обитает

Попадая в организм, коллаген успешно расщепляется ферментами нашего желудка и поджелудочной, и составляющие его аминокислоты попадают в кровь. Если пить уже частично расщепленный (гидролизированный) коллаген – а у него есть известное всем нам имя «желатин», – то уровень аминокислот в крови будет расти еще быстрее9. Классическое желе – желатин и фруктовое пюре или сок – дает нам комбинацию необходимых аминокислот и витамина С, остается лишь позаботиться о нормализации уровня половых гормонов и не сидеть под солнцем больше необходимого. Коллаген или его аминокислоты также присутствуют в ухе и в холодце, поэтому диетологи всего мира отводят рыбным супам и заливным/желатинизированным блюдам особую роль в сбалансированном питании.

Остается вопрос о количестве.

В китайских исследованиях процессов старения, проведенных на мышах8, описывается позитивный эффект при приеме коллагена перорально в дозах от 400 до 800 мг на килограмм веса. В переводе на нас это будет означать, что человеку весом 60 кг следует ежедневно употреблять с пищей по крайней мере 24 грамма коллагена (для сравнения – большая пачка кулинарного желатина весит 25 грамм). Последний обзор, касающийся перспектив употребления коллагена внутрь и рассматривающий данные одиннадцати исследований, «Oral Collagen Supplementation: A Systematic Review of Dermatological Applications»10, пришел к выводу, что для того, чтобы получить эффект увеличения упругости и увлажнения кожи, а также подстегнуть репарацию, людям следует употреблять коллаген в дозе от 2,5 до 10 граммов в день. 3 граммов в сутки на протяжении 4 – 12 недель вполне хватает для восстановления эстетического вида и возвращения здоровья коже.

Этот же обзор на примере результатов нескольких исследований показывает, что пролин из коллагеновых пептидов действительно может эффективно доходить до кожи.

Другое употребление

Помимо косметологической цели возвращения упругости и эластичности коже, современная медицина употребляет коллаген и при других, уже более серьезных, проблемах. Иногда они частично они бывают связаны с процессами старения, иногда нет.

Ранозаживление

Коровий (желатин) и морской коллаген (коллаген нильской тиляпии) – последнее слово в дерматологии. Это эффективнейший материал для покрытия раневой поверхности. Локальное использование коллагеновой сетки активирует работу фибробластов – клеток кожи, которые производят коллаген и другие компоненты матрикса и участвуют в заживлении ран11.

Коллаген также может помочь и пациентам с пролежнями. Например, японское рандомизированное исследование двухлетней давности, проведенное в нескольких клинических центрах, показало, что 10 грамм пептидов коллагена в сутки, железо и витамин С эффективно стимулируют фибробласты и способствуют заживлению пролежней12.

Упомянутые выше пептиды коллагена – а его расщепление в кишечнике может быть неполным, с образованием фрагментов из двух, трех или более аминокислот – считаются очень перспективным лекарством. Пептиды способны активировать фибробласты в коже и способствовать образованию ими гиалуроновой кислоты и эластана, а также брать на себя удар свободных радикалов и тем самым защищать кожу от некоторых аспектов фотостарения.

Болезни хрящей и суставов

Как уже упоминалось выше, один из самых распространенных типов коллагена, тип II, входит в состав хрящей и сухожилий, поэтому было бы логично предположить, что он может оказаться полезен в случае их поражения.

Остеоартроз

При остеоартрозе больше всего страдает суставной хрящ, обеспечивающий безболезненное и мягкое смещение костей в суставе относительно друг друга. Применение хондропротекторов, то есть «защитников хряща» (а в их число входит и коллаген), еще обсуждается современной медициной, и в препараты первой линии ревматологических рекомендаций так называемые SYSADOA не входят, но обзоры исследований, изучавших возможность применения перорального коллагена у пациентов с остеоартрозом, отмечают некоторое уменьшение выраженности болевого синдрома и сохранение функции сустава у лиц, принимавших коллаген или его дериваты13. В долгосрочной перспективе, увы, эти результаты не удается подтвердить.

Ревматоидный артрит

Ревматоидный артрит – это системное заболевание соединительной ткани с преимущественным поражением суставов и выраженным аутоиммунным и воспалительным компонентами. При нем, также, как и при остеоартрозе, разрушается хрящ, актуальные клинические рекомендации не предусматривают использование коллагена в качестве лекарства, но исследования все равно продолжаются и некоторые работы даже обнаруживали улучшение состояния суставов и уменьшения боли и отека в случае если в пациентов нет аутоантител к коллагену14.

Коллаген на кожу – деньги на ветер?

А как же кремы и маски с коллагеном, о стойкой популярности которых говорилось еще в самом начале статьи, спросит внимательный читатель.

А вот с масками и кремами все не так однозначно. С одной стороны, сетка из коллагена поверх раны стимулирует фибробласты и способствует регенерации, с другой – наложение крема с коллагеном на здоровую неповрежденную кожу вряд ли поможет коллагену проникнуть до дермы и там оказывать какие-либо репаративные эффекты. Просто потому, что наша кожа просто не позволит такой большой молекуле пройти через себя. И – тем более – куда-либо встроиться.

Кожа – а, еще более точно, внешний, роговой слой эпидермиса – это первый и один из самых мощных барьеров организма. Он защищает нас от ультрафиолета, предотвращает потерю влаги и осуществляет иммунную защиту. Именно на него приходится основное воздействие косметических средств. Все это обеспечивается сложной структурой рогового слоя – биологически уже мертвые, но метаболически очень активные клетки кожи скрепляются между собой специальными перемычками (десмосомами) и дополнительно «цементируются» липидной прослойкой, жиры которой имеют липофильный и гидрофильный концы и за счет этого представляют собой практически идеальный барьер, отталкивающий воду и пропускающий лишь газообразные и растворяющие липиды (спирт, эфир) или растворимые в липидах вещества. Молекула коллагена преодолеть такой барьер не в состоянии. Единственное, что она в силах сделать – это создать дополнительный барьер над барьером, который позволит удержать воду и тем дать естественному барьеру рогового слоя «выдохнуть» и восстановиться.

Однако есть вещество, которое увеличивает синтез коллагена в коже и противодействует повышению количества металлопротеиназ. Это – ретинол. При местном применении крема или лосьона он способствует разглаживанию морщин путем увеличения синтеза коллагена и увеличения экспрессии гликозаминогликана, который сохраняет в коже значительное количество воды и тем обеспечивает ее эластичность15.

Пить добавки с коллагеном или пытаться скомпенсировать его уровень диетой, наносить его на кожу или выбрать крем с ретинолом – этот выбор осуществляется в зависимости от того, какую цель мы преследуем. Коллаген – действительно полезный и незаменимый продукт, вопрос лишь о рациональном его использовании.