Kolagēna struktūras īpatnības
Kolagēns ir visbiežāk sastopamais proteīns cilvēka organismā. Šis proteīns veido visu orgānu audu nešūnu matricu (pildījumu), piešķirot tiem formu un stiprību. Tā funkcijas ir dažādas un svarīgas. Tas ir viens no galvenajiem kaulu, ādas, muskuļu, cīpslu un saišu būvelementiem. Kolagēns atrodams arī daudzās citās ķermeņa daļās, tostarp asinsvados, radzenē un zobos. Kolagēns var būt želejas veidā (piemēram, starpšūnu vielā) vai sarullēts šķiedrās (piemēram, cīpslās). Apmēram 80–90% no visa cilvēka organismā esošā kolagēna ir šķiedru kolagēns. Pastāv vismaz 16 kolagēna veidi, taču trīs tipi — I, II un III — veido aptuveni 90% no visa organisma kolagēna. Kolagēna šķiedras sastāv no dažādiem kolagēna veidiem. Piemēram, ādā dominē I un III tipa kolagēni — I tipa kolagēns veido 80% no visas ādas masas, bet III tipa kolagēns veido atlikušos 15%. I tipa kolagēns atrodams arī kaulos, cīpslās, saitēs, artēriju sieniņās, radzenē, ādas dermā, muskuļu šķiedrās, kaulos, zobos, matos, nagos un zarnu gļotādā. II tipa kolagēna lielākā daļa ir skrimšļos, kā arī stikla ķermenī un starpskriemeļu disku audos. III tipa kolagēns atrodams artēriju sieniņās, ādā, zarnu sieniņās, plaušās, aknās, liesā, dzemdes audos, kā arī muskuļos. Pastāv arī IV un V tipa kolagēni, taču tie veido ļoti nelielu daļu. Šķiedru kolagēna galvenā strukturālā vienība ir gara (300 nm), plāna (1,5 nm diametrā) proteīna molekula, kas sastāv no trim polipeptīdu ķēdēm. Katra ķēde satur 1050 aminoskābes, kas ir sarullētas blakus viena otrai spirālē. Ir pierādīts, ka visos kolagēnos ir līdzīga trīskārša spirāle, un unikālās katra kolagēna veida īpašības lielākoties nosaka segmenti, kas pārtrauc šo spirāli un veido citas trīsdimensiju struktūras. Šāda trīskārša spirāles kolagēna struktūra dominē neparastā trīs aminoskābju — glicīna, prolīna un hidroksiprolīna — bagātības dēļ. I tipa kolagēna šķiedras izceļas ar milzīgu stiepšanās spēku — tādu, kādu kolagēns var izturēt, nepārraujoties. Šīs aptuveni 50 nm diametra un vairāku mikrometru garas šķiedras dominē cīpslās, kas savieno muskuļus ar kauliem un kurām jāiztur milzīgas slodzes — I tipa kolagēns ir spēcīgāks pat par tēraudu. II tipa kolagēns ir galvenais skrimšļu kolagēns. Tā šķiedras ir mazāka diametra nekā I tipa un izvietotas viskoza nešūnu vielā, kas nodrošina izturību un ļauj locītavām absorbēt triecienus.
Hidrolizēts kolagēns un tā priekšrocības
Kolagēnu dabiski ražo pats organisms, tomēr to var iegūt arī no pārtikas produktiem un papildinājumiem. Lielākā daļa papildinājumu iegūti no dažādiem dzīvnieku un augu avotiem, no kuriem visbiežāk ir liellopi, cūkas, zivis, medūzas un sūklis (angļu valodā sponges). Mazāk izplatīti avoti ir ģenētiski modificētas rauga sēnītes un baktērijas. Hidrolizētu kolagēnu veido zemas molekulmasas (0,3–8 kDa) peptīdi, kas iegūti no dabiskā kolagēna, kas atrodas dzīvnieku (t.i., liellopu, cūku un zivju) kaulos, ādā un saistaudos. Zemas molekulmasas dēļ hidrolizētais kolagēns ir viegli sagremojams, uzsūcas un tiek izplatīts cilvēka ķermenī. Hidrolizētā kolagēna galīgā kvalitāte ir atkarīga no tā vidējā molekulmasa, kas var atšķirties atkarībā no apstrādes metodes. Kolagēna peptīdu molekulmasa svārstās no 0,3 līdz 8 kDa.
Atšķirības starp jūras un dzīvnieku kolagēnu
Jūras izcelsmes kolagēnu veido mazāki peptīdi nekā liellopu kolagēnam, tāpēc tas ir par 1,5 reizes vieglāk sagremojams, uzsūcas un tiek izplatīts visā ķermenī. Ir pierādīts, ka jūras izcelsmes kolagēns ir drošāks un tā šķīdība ir lielāka. Zivju kolagēns satur 8 no 9 aminoskābēm, kas nepieciešamas organismam proteīna veidošanai. Šim kolagēna tipam raksturīgs liels glicīna, prolīna un hidroksiprolīna aminoskābju saturs. Liellopu kolagēnā ir gan I, gan III tipa kolagēns (dominē III tipa kolagēns), savukārt jūras izcelsmes kolagēns galvenokārt ir I tipa kolagēns. Tas nozīmē, ka tā struktūra visvairāk līdzinās cilvēka kolagēna struktūrai, tādēļ tas ideāli piemērots cilvēka organisma kolagēna vajadzību apmierināšanai. Jūras kolagēns lieliski aizsargā pret ādas novecošanos, uzlabojot mitruma noturību, palielinot hialuronskābes daudzumu un papildinot kolagēna un elastīna šķiedras. Lai gan ir pierādīts, ka liellopu kolagēns arī uzlabo ādas kolagēna daudzumu, tam nebija būtiskas ietekmes uz ādas mitruma līmeni vai hialuronskābes saturu. Tā kā liellopu kolagēnā dominē III tipa kolagēns, tas var būt vispiemērotākais tiem, kam svarīga zarnu un iekšējo orgānu veselība. Jūras kolagēns pētniecības jomā ir salīdzinoši jauns. Neskatoties uz to, zinātniskie pētījumi jau ir parādījuši daudzsološu šī kolagēna labumu kaulu audu atjaunošanai, grumbu samazināšanai, aizsardzībai pret UV starojumu un brūču dziedēšanai. Ja neēdat gaļu vai esat jutīgs pret zivīm, izvēle ir vienkārša — jūras kolagēns ir vispiemērotākais. Ja jūsu prioritāte ir uzlabot ādas, matu un nagu veselību, vajadzētu izvēlēties jūras kolagēnu. Tomēr, ja mērķis ir uzturēt kopējo organisma veselību un atjaunošanos, tad zālēs barots liellopu kolagēns ir lieliska izvēle.
Kolagēna labums veselībai
Ar vecumu kolagēna sintēze samazinās apmēram par 1,5% gadā. Kolagēna šķiedras novecojošā ādā kļūst biezākas un daudz īsākas, zaudējot I tipa kolagēnu. Tādejādi, mainoties kolagēna tipu proporcijai, samazinās ādas elastība un stingrība, pasliktinās ādas struktūra. Uzskata, ka kolagēnam ir svarīga loma fibroblastu veidošanā, kas veicina jaunu šūnu augšanu un palīdz aizvietot mirušās ādas šūnas. Aktivizējot fibroblastus, palielinās kolagēna ražošana. Pētījumi ir parādījuši, ka atkarībā no vecuma kolagēna sintēzes samazinājumu var atjaunot, lietojot specifiskus bioaktīvus kolagēna papildinājumus. Kolagēna lietošana var palielināt nagu stiprību, novēršot to trauslumu. Turklāt tas veicina matu un nagu augšanu. Kolagēna sintēzei organismam nepieciešams C vitamīns. Tādēļ C vitamīna iekļaušana uzturā var palīdzēt dabiski stimulēt kolagēna ražošanu organismā. Kolagēns ir ļoti svarīgs arī zarnu veselībai. Ir pierādījumi, ka kolagēna aminoskābes, īpaši glicīns, var palīdzēt kontrolēt gremošanas trakta iekaisumu. Turklāt glutamīns, cita kolagēna aminoskābe, ir atslēga zarnu iekaisuma un oksidatīvā stresa samazināšanā. Ir pierādīts, ka optimāls kolagēna daudzums palīdz uzturēt piemērotu zarnu vidi un arī zarnu sieniņu stāvokli. Tieši divas aminoskābes — glicīns un glutamīns — var būt īpaši noderīgas, jo abas spēlē svarīgu lomu audu uzturēšanā, kas klāj gremošanas traktu. Glicīns ir īpaši noderīgs cīņā pret iekaisumu, tāpēc tas palīdz kontrolēt iekaisīgas zarnu slimības, bet glutamīns ir nepieciešams enterocītu — zarnu sieniņu šūnu — integritātes uzturēšanai. Tādēļ gan dzīvnieku, gan jūras kolagēns var lieliski palīdzēt zarnu veselības uzlabošanā. Kolagēns spēlē svarīgu lomu saistaudu darbībā, kas nozīmē, ka piemērots kolagēna daudzums ir svarīgs, lai saglabātu ķermeņa spēku novecojot. Daži pētījumi liecina, ka kolagēns var kontrolēt sāpīgus simptomus cilvēkiem ar locītavu slimībām (reimatoīdo artrītu, osteoartrītu). Zinātnieki pieļauj, ka papildus kolagēns var uzkrāties skrimšļos un veicināt kolagēna ražošanu. Tas var mazināt iekaisumu, uzlabot locītavu atbalstu un samazināt sāpes, lai gan precīzs bioloģiskais mehānisms, kā kolagēna papildinājumi atbalsta locītavu sāpes, vēl nav skaidrs. Citi pētnieki neuzskata, ka kolagēns palielina endogēnā kolagēna daudzumu, bet drīzāk veicina pretiekaisuma procesus un tādējādi samazina kopējos simptomus. Daži pētījumi ir parādījuši jūras kolagēna labumu kaulu audiem — tas aktivizē osteoblastus — kaulu šūnas, kas atbild par kaula sintēzi un mineralizāciju. Osteoblasti arī atbild par kolagēna izdalīšanu, lai veidotu nemineralizētu kaulu daļu, ko sauc par osteoīdu. Tā kā kaulos ir liela kolagēna daļa, kas nodrošina tiem struktūru un palīdz saglabāt stingrību, tad novecojot un samazinoties kolagēna daudzumam kaulos, var rasties tādas slimības kā osteoporoze, kurai raksturīgs zems kaulu blīvums un kas palielina kaulu lūzumu risku. 1–10% no muskuļu auduma veido kolagēns. Šis proteīns ir nepieciešams, lai muskuļi būtu stipri un pareizi darbotos. Pētījumi rāda, ka kolagēna papildinājumi palīdz palielināt muskuļu masu cilvēkiem ar sarkopēniju — muskuļu masas samazināšanos, kas saistīta ar vecumu. Pētnieki apgalvoja, ka kolagēna lietošana var stimulēt muskuļu proteīnu, piemēram, kreatīna, sintēzi pēc fiziskās slodzes. Tomēr, lai izpētītu kolagēna potenciālu muskuļu masas palielināšanai, nepieciešami papildus pētījumi.
Kas kaitē kolagēna ražošanai?
Liels patērētā cukura daudzums paātrina glikācijas procesu, veidojot galaproduktus, kuru pārpalikums bojā un šķeļ citus proteīnus. Glikācijas procesa produkti ilgi saglabājas audos, kuros tie veidojas, izraisot šo audu proteīnu funkciju zudumu. Laika gaitā pārmērīgs cukura daudzums var vājināt un samazināt kolagēna daudzumu. Kolagēns ātri noārdās atkārtotas un ilgstošas ultravioletā starojuma iedarbības dēļ. Tāpat kā saule bojā ādas vidējo slāni — dermu — šis process arī veicina grumbu un pigmentācijas rašanos. Smēķēšana samazina kolagēna ražošanu un traucē C vitamīna metabolismu. Smēķēšana izraisa antioksidantu samazināšanos organismā, kā arī bojā kolagēna šķiedras un traucē saistaudu šūnu darbību. Jāizvairās no ķīmiskām vielām un stresiem, kas var traucēt kolagēna ražošanai nepieciešamās vielmaiņas reakcijas. Kolagēna samazināšanos var veicināt arī miega trūkums un uzturvielu deficīts (piemēram, C vitamīns, cinks, vara un aminoskābes glicīns, prolin, glutamīns).
Kolagēna papildinājumi
Jāatzīmē, ka kolagēns ir plaši izplatīts kā papildinājums un pārtikas piedeva. Turklāt kosmētikas industrijā tas kļūst arvien populārāks kā iespējams alternatīvs līdzeklis, kas samazina ādas novecošanās sekas. Pašlaik vispopulārākais un plaši lietotais ir hidrolizētais kolagēns. Hidrolizētu kolagēnu var atrast dažādās formās, tostarp pulverī, tabletēs un kapsulās. Hidrolizētais kolagēns var tikt lietots tablešu formā vai pulvera veidā, ko var sajaukt ar dažādiem dzērieniem, piemēram, kafiju, apelsīnu sulu vai kokteiļiem. To var pievienot arī dažādām cepšanām un saldumiem. Tā kā lielākā daļa kolagēna iegūta no dzīvnieku daļām, svarīgi pārliecināties, vai pērkat augstas kvalitātes produktu bez papildu piesārņojumiem. Tas pats attiecas uz jūras kolagēnu – tā kā jūras kolagēns parasti tiek iegūts no zivju ādas, kauliem vai zvīņām, būtiska ir zivju izcelsme un piesārņotāji (lai izvairītos no dzīvsudraba un smago metālu klātbūtnes).
- Asserin, J., Lati, E., Shioya, T., & Prawitt, J. (2015). Perorāla kolagēna peptīdu papildināšanas ietekme uz ādas mitrumu un dermālo kolagēna tīklu: pierādījumi no eks-vivo modeļa un randomizētām, placebo kontrolētām klīniskām pārbaudēm. Journal of Cosmetic Dermatology, 14(4), 291-301.
- Avila Rodríguez, M. I., Rodriguez Barroso, L. G., & Sánchez, M. L. (2018). Kolagēns: pārskats par tā avotiem un iespējamo kosmētisko pielietojumu. Journal of Cosmetic Dermatology, 17(1), 20-26.
- Bello, A. E., & Oesser, S. (2006). Kolagēna hidrolizāts osteoartrīta un citu locītavu slimību ārstēšanai: literatūras pārskats. Current Medical Research and Opinion, 22(11), 2221-2232.
- Bosch, R., Philips, N., Suárez-Pérez, J. A., Juarranz, A., Devmurari, A., Chalensouk-Khaosaat, J., & González, S. (2015). Foto novecošanās un ādas fotokarcinogēnijas mehānismi, kā arī fotoprotektīvas stratēģijas ar fitohimikālijām. Antioxidants, 4(2), 248-268.
- Chen, P., Cescon, M., & Bonaldo, P. (2015). Kolagēna VI trūkums veicina brūču izraisītu matu augšanu. Journal of Investigative Dermatology, 135(10), 2358-2367.
- Danby, F. W. (2010). Uzturs un novecojoša āda: cukurs un glikācija. Clinics in Dermatology, 28(4), 409-411.
- Exposito, J. Y., Valcourt, U., Cluzel, C., & Lethias, C. (2010). Fibrilārais kolagēnu ģimenes pārskats. International Journal of Molecular Sciences, 11(2), 407-426.
- Gillies, A. R., & Lieber, R. L. (2011). Skeleta muskuļu ārpusšūnu matricas struktūra un funkcija. Muscle & Nerve, 44(3), 318-331.
- Hexsel, D., Zague, V., Schunck, M., Siega, C., Camozzato, F. O., & Oesser, S. (2017). Perorāla specifisku bioaktīvu kolagēna peptīdu papildināšana uzlabo nagu augšanu un samazina trauslo nagu simptomus. Journal of Cosmetic Dermatology, 16(4), 520-526.
- Hoyer, B., Bernhardt, A., Heinemann, S., Stachel, I., Meyer, M., & Gelinsky, M. (2012). Bioloģiski mineralizētas laša kolagēna skavas kaulu audu inženierijai. Biomacromolecules, 13(4), 1059-1066.
- Knuutinen, A., Kokkonen, N., Risteli, J., Vähäkangas, K., Kallioinen, M., Salo, T., ... & Oikarinen, A. (2002). Smēķēšana ietekmē kolagēna sintēzi un ārpusšūnu matricas vielmaiņu cilvēka ādā. British Journal of Dermatology, 146(4), 588-594.
- León-López, A., Morales-Peñaloza, A., Martínez-Juárez, V. M., Vargas-Torres, A., Zeugolis, D. I., & Aguirre-Álvarez, G. (2019). Hidrolizēts kolagēns — avoti un pielietojumi. Molecules, 24(22), 4031.
- Lim, Y. S., Ok, Y. J., Hwang, S. Y., Kwak, J. Y., & Yoon, S. (2019). Jūras kolagēns kā perspektīvs biomateriāls biomedicīnas pielietojumiem. Marine Drugs, 17(8), 467.
- Lin, M., Zhang, B., Yu, C., Li, J., Zhang, L., Sun, H., ... & Zhou, G. (2014). L-glutamāta papildināšana uzlabo tievās zarnas arhitektūru un paaugstina jejunuma gļotādas aminoskābju receptoru un pārnēsātāju ekspresiju atšķiršanas cūciņām. PLoS One, 9(11), e111950.
- Liu, J., Zhang, B., Song, S., Ma, M., Si, S., Wang, Y., ... & Guo, Y. (2014). Liellopu kolagēna peptīdu maisījumi veicina MC3T3-E1 preosteoblastu proliferāciju un diferenciāciju. PLoS One, 9(6), e99920.
- Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Kolagēns: matricas šķiedrainie proteīni. Molecular Cell Biology, 4.
- Porfírio, E., & Fanaro, G. B. (2016). Kolagēna papildināšana kā papildterapija osteoporozes un osteoartrīta profilaksei un ārstēšanai: sistemātisks pārskats. Revista Brasileira de Geriatria e Gerontologia, 19(1), 153-164.
- Proksch, E., Segger, D., Degwert, J., Schunck, M., Zague, V., & Oesser, S. (2014). Specifisku kolagēna peptīdu perorāla papildināšana labvēlīgi ietekmē cilvēka ādas fizioloģiju: dubultakla, placebo kontrolēta pētījuma dati. Skin Pharmacology and Physiology, 27(1), 47-55.
- Ricard-Blum, S. (2011). Kolagēna ģimene. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 3(1), a004978.
- Silva, T. H., Moreira-Silva, J., Marques, A. L., Domingues, A., Bayon, Y., & Reis, R. L. (2014). Jūras izcelsmes kolagēni un to potenciālās pielietošanas iespējas. Marine Drugs, 12(12), 5881-5901.
- Song, H., Zhang, S., Zhang, L., & Li, B. (2017). Perorāli lietotu liellopu kaulu kolagēna peptīdu ietekme uz ādas novecošanos hronoloģiski vecām pelēm. Nutrients, 9(11), 1209.
- Subhan, F., Ikram, M., Shehzad, A., & Ghafoor, A. (2015). Jūras kolagēns: pieaugoša loma biomedicīnas pielietojumos. Journal of Food Science and Technology, 52(8), 4703-4707.
- Varani, J., Dame, M. K., Rittie, L., Fligiel, S. E., Kang, S., Fisher, G. J., & Voorhees, J. J. (2006). Samazināta kolagēna ražošana hronoloģiski novecojošā ādā: fibroblastu funkcijas vecuma atkarīgas izmaiņas un mehāniskas stimulācijas defekts. The American Journal of Pathology, 168(6), 1861-1868.
- Viguet-Carrin, S., Garnero, P., & Delmas, P. D. (2006). Kolagēna loma kaulu stiprībā. Osteoporosis International, 17(3), 319-336.
- Vollmer, D. L., West, V. A., & Lephart, E. D. (2018). Ādas veselības uzlabošana: ar dabisko savienojumu un minerālu perorālu lietošanu, ņemot vērā dermālo mikrobiomu. International Journal of Molecular Sciences, 19(10), 3059.
- Zdzieblik, D., Oesser, S., Baumstark, M. W., Gollhofer, A., & König, D. (2015). Kolagēna peptīdu papildināšana kopā ar spēka treniņiem uzlabo ķermeņa sastāvu un palielina muskuļu spēku vecāka gada gājuma sarkopēniskajiem vīriešiem: randomizēts kontrolēts pētījums. British Journal of Nutrition, 114(8), 1237-1245.
