Kolageni su skupina složenih proteina dugog lanca koji se sastoje od 19 različitih aminokiselina, a imaju važnu ulogu u održavanju strukture kože, zglobnih hrskavica, tetiva i kostiju, crijevne barijere i mišića. Predstavljaju 30% ukupne proteinske mase, što ih čini najzastupljenijom skupinom proteina u organizmu. Do sada je identificirano 28 tipova kolagena. Svi tipovi imaju zajedničko obilježje, odnosno desnu trostruku zavojnicu koja se sastoji od alfa lanaca sakupljenih u oblik užeta, omeđenih C- i N-propeptidima.
Najčešći tipovi kolagena su od I do V (Tablica 1), a tipovi I, II i III čine između 80-90% ukupnog udjela kolagena u ljudskom tijelu.
Hidrolizat kolagena
Proteini kolagena u svom prirodnom obliku slabo su topljivi u vodi zbog velike molekularne mase od približno 300.000 Da. Međutim, razgradnjom kolagena nastaje njegov hidrolizat koji se sastoji od segmenata niske molekulske mase, između 1.000 Da i 10.000 Da. Kolagen se pretvara u hidrolizat ekstrakcijom iz različitih izvora djelovanjem soli, kiseline i enzima koji uzrokuju denaturaciju proteina i hidrolizu prirodnih peptida. Denaturacijom nativnog kolagena pri termičkoj obradi iznad 40°C nastaju tri alfa-lanca u njihovom nasumično namotanom obliku. Nakon što se lanci razdvoje, hidroliza se provodi djelovanjem proteolitičkih enzima te se time dobiva hidrolizirani kolagen koji se sastoji od malih peptida, kao što je prikazano na Slici 1.
Budući da sadrži nisku koncentraciju aminokiselina razgranatog lanca (Tablica 2) kolagen se općenito smatra proteinom niske biološke vrijednosti. Međutim, peptidi kolagena pokazuju kapacitet vezanja za kalcijeve ione, čime se postižu bolja bioraspoloživost i kompatibilnost ljudskom organizmu. Nadalje, istraživanja pokazuju da unos hidrolizata proteina u odnosu na intaktne proteine ubrzava probavu i apsorpciju proteina u probavnom sustavu, povećava postprandijalnu dostupnost aminokiselina te ima tendenciju ubrzati stopu ugradnje aminokiselina u proteine skeletnih mišića, što hidrolizat kolagena čini superiornijim u održavanju mišićne mase i snage.
Kolagen sadrži relativno visok udio arginina i glicina, aminokiselina koje služe kao supstrat za sintezu proteina kreatina u organizmu, a istraživanja pokazuju da kreatin može poboljšati funkciju mišića, povećati udio mišićne mase i ublažiti gubitak mišićne mase kod osoba starije životne dobi. Aminokiselina arginin ima i važnu ulogu u diobi stanica, cijeljenju rana, uklanjanju amonijaka iz organizma te imunosnoj funkciji organizma. Postoje dokazi da unos kolagen hidrolizata utječe na povećanje brzine apsorpcije glicina, prolina i hidroksiprolina. Naime, prolin i hidroksiprolin su aminokiseline koje stimuliraju receptore na površini fibroblasta, što rezultira sintezom novih kolagenskih vlakana u organizmu.
Primjena kolagena za ljepotu i zdravlje
Kolagen je protein s mnogobrojnim funkcijama u tijelu, a jedna od temeljnih je održavanje zdravog vezivnog tkiva. Pomaže i kod oporavka nakon tjelesne aktivnosti, održavanja zdravlja i ljepote kože te funkcionalnosti zglobova. Nadalje, primjena hidrolizata kolagena ima potencijal primjene u suportivnom liječenju brojnih bolesti koje se prezentiraju gubitkom nemasne mase tijela, te u sprječavanju komplikacija bolesti. Najvažnija područja primjene u domeni kliničke prehrane uključuju: povećanje mišićne mase i snage, poticanje cijeljenja rana i opeklina, smanjenje boli i održavanje pokretljivosti. Ipak, unatoč značajnom porastu interesa, potrošnje i publikacija o kolagenu, još uvijek postoji mnogo nejasnoća u vezi s vrstama i izvorima kolagena te načinom na koji on djeluje. Bez obzira na to, vrijednost globalnog tržišta kolagena procijenjena je na 9,76 milijardi USD 2023. godine, a očekuje se da će rasti prema godišnjoj stopi rasta od 9,6% od 2024. do 2030. Najsnažniji generator rasta prodaje je kozmetička industrija uz koju je usko vezana industrija dodataka prehrani.
Kolagen kao dodatak prehrani
S obzirom na to da tijelo prirodno proizvodi kolagen iz aminokiselina, ključno je osigurati dovoljan unos proteina iz hrane kao što su meso, riba, morski plodovi, juhe od kostiju, grah i jaja da bismo podržali endogenu proizvodnju kolagena. Važno je napomenuti da se kolagen koji unosimo hranom ne može izravno apsorbirati u tijelu zbog svoje veličine i složene strukture. Probavljamo ga na manje dijelove, tzv. peptide i aminokiseline, da bi ga tijelo moglo iskoristiti. Stoga je bitno osigurati unos nutrijenata poput vitamina C, kalcija, cinka, bakra i glikozaminoglikana (GAG-ova) koji podržavaju sintezu i funkcioniranje kolagena. Vitamin C, ima važnu ulogu u stvaranju kolagena. Njegov nedostatak može dovesti do smanjene proizvodnje kolagena i oštećenja kože.
Kolagen u obliku dodataka prehrani obično se dobiva iz životinjskih izvora poput kože piletine, govedine i svinja te nusproizvoda ribe i jajeta. Biljni izvori kolagena su rijetki, no postoji i područje mikrobne proizvodnje uz primjenu genetski modificiranih kvasaca i bakterija koji potiču proizvodnju kolagena, uz dodatak nutrijenata poput vitamina C.
Kolagen kao dodatak prehrani ima važnu ulogu u održavanju zdravlja tijela i ljepote kože. Uzimajući u obzir fiziološki gubitak kolagena, danas se velik broj potrošača, mahom žena, oslanja na dodatke prehrani koji sadrže hidrolizirani kolagen, bilo da je riječ o goveđem, svinjskom ili ribljem kolagenu.
Hidrolizirani kolagen ima malu molekularnu masu, što olakšava njegovu apsorpciju u crijevima te omogućuje da se resorbira u krv i odlaže u ciljnim tkivima. Ta vrsta kolagena ima mnogo prednosti za tijelo, kao što su:
- Podrška strukturi: kolagen pruža strukturnu potporu tkivima poput zglobova, hrskavice, tetiva i ligamenata, što pomaže održavati njihovu snagu i elastičnost.
- Zdravlje kože: istraživanja su pokazala da uzimanje hidrolizata kolagena može poboljšati hidraciju kože, povećati njezinu elastičnost i smanjiti vidljivost bora. Također pomaže u usporavanju znakova starenja kože.
- Zdravlje kostiju: dugotrajno uzimanje kolagena u obliku dodatka prehrani može pomoći u povećanju mineralne gustoće kostiju, što je posebno važno za žene u postmenopauzi.
- Mišićna masa: kolagen je ključan za zdravlje mišića, a njegov nedostatak može dovesti do sarkopenije, tj. smanjenja mišićne mase zbog starenja i neaktivnosti.
- Zdravlje srca: kolagen ima važnu ulogu u održavanju oblika arterija i krvnih žila. Nedostatak kolagena može oslabiti arterije, što povećava rizik od ateroskleroze i srčanih ili moždanih udara.
- Cijeljenje rana i opeklina: peptidi kolagena koji sadrže prolin i hidroksiprolin imaju sposobnost poticati proliferaciju fibroblasta važnu za cijeljenje rana.
Ljepota i zdravlje kože – što kaže znanost?
Ljudski organizam ima sposobnost sinteze kolagena, no starenjem ju postupno gubi. Procjenjuje se da se u prve 4 godine menopauze sinteza kolagena smanjuje za čak 30%. Posljedice su gubitak elastičnosti kože i pojava bora. Stoga je logično posegnuti za prehrambenim izvorima kolagena iz hrane i dodataka prehrani. Uz to, uputno je smanjiti rizik fotooštećenja i fotostarenja kože te aktivnost enzima matriks-metaloproteinaza (MMP) zbog nepovoljnog djelovanja na status kolagena u koži.
Godine 2024. objavljeni su rezultati istraživanja belgijsko-španjolske skupine autora na kulturi stanica, koji su uputili na blagotvorne učinke izlaganja kolagenskim peptidima na sadržaj kolagena u koži i na molekule koje osiguravaju čvrstoću i elastičnost. To bazično istraživanje koje je ujedno promatralo i ekspresiju ključnih gena, može poduprijeti hipotezu da su peptidi kolagena važni za održavanje strukture izvanstaničnog matriksa i regeneraciju kože.
U studijama provedenim na ljudima, oralna primjena hidrolizata kolagena korištena je za poboljšanje fiziologije kože, elastičnosti i vlažnosti te potencijalno blagotvorno djelovanje na zdravlje noktiju. U osmotjednoj dvostrukoslijepoj, placebom kontroliranoj studiji koju su proveli Proksch i suradnici sudjelovalo je 69 ispitanica u dobi od 35 do 55 g. koji su nasumično raspoređeni u tri skupine: jedna je dobivala 2,5 g peptida kolagena na dan, druga 5 g peptida kolagena na dan, dok je treća, kontrolna skupina primala placebo. Rezultati su pokazali da je elastičnost kože bila statistički značajno veća u obje skupine koje su primale kolagen u usporedbi s kontrolnom skupinom.
U drugoj studiji, Proksch i suradnici istraživali su učinak bioaktivnih peptida na različite kožne parametre. Randomizirana studija uključivala je 114 ispitanica u dobi od 45-65 g. koje su tijekom osam tjedana dobivale 2,5 g hidrolizata kolagena ili placebo. Parametri koji su mjereni na početku, nakon četiri tjedna primjene, nakon osam tjedana primjene i četiri tjedna nakon prestanka primjene bili su elastičnost kože, vlažnost kože, transepidermalni gubitak vode i zaglađenost kože.
Studija iz 2017. koju su proveli Doris Hexsel i suradnici, pokazala je da primjena 2,5 g hidrolizata kolagena na dan tijekom 24 tjedna, povećava rast noktiju za 12% i smanjuje učestalost njihova pucanja za 42%.
O interesu znanstvenika za istraživanje utjecaja oralne primjene hidrolizata kolagena na starenje kože svjedoči i činjenica da je 2021. objavljena meta-analiza 19 placebom kontroliranih kliničkih studija koje su kao ishod pratile bore, hidraciju, elastičnost i čvrstoću kože. Publikacijom je obuhvaćeno ukupno 1.125 sudionika u dobi od 20-70 g. (95% žena). Meta-analiza je pokazala povoljne rezultate intervencije hidrolizatom kolagena u usporedbi s placebom u pogledu hidracije kože, elastičnosti i bora. Nalazi o poboljšanoj hidraciji i elastičnosti također su potvrđeni u meta-analizi podskupina. Temeljem tih rezultata, čini se da uzimanje hidroliziranog kolagena tijekom 90 dana učinkovito usporava starenje kože, jer smanjuje bore i poboljšava elastičnost i hidraciju kože. Godine 2023. objavljena je nova meta-analiza vrlo sličnog dizajna kao prethodno spomenuta, koja je imala gotovo identične zaključke te se spominje vremensko trajanje intervencije od 12 tjedana.
Kolagen za zglobove i kod osteoartritisa
Osteoartritis je kronična, progresivna degenerativna bolest zglobova, kojoj je osnovni uzrok propadanje zglobne hrskavice. Nakon kardiovaskularnih bolesti, osteoartritis je drugi najčešći uzrok kronične onesposobljenosti, i to poglavito zglobova kuka i koljena. Klinička istraživanja pokazala su da unos kolagena statistički značajno poboljšava funkciju koljena u usporedbi s placebom.
Za zdravlje zglobova posebno je interesantan nedenaturirani kolagen tipa II. Taj oblik kolagena dobiva se nježnim tehnološkim procesom koji čuva prirodnu strukturu tog proteina. Nedenaturirani oblik kolagena poznat je i pod nazivom nativni kolagen. Mogli bismo reći da uzimanjem nativnog kolagena tipa II kao dodatka prehrani u nekoj mjeri možemo zavarati vlastito tijelo. Naime, mehanički stres do kojeg može doći tijekom tjelesne aktivnosti uzrokuje trošenje hrskavice. Raspadanjem hrskavice, kolagen tipa II otpušta se u sinovijalnu tekućinu koja oblaže zglobove. Organizam tada prepoznaje kolagen kao strano tijelo te oslobađa i proizvodi sve više proupalnih spojeva, zbog čega dolazi do nastanka upalnog stanja koje dodatno pogoršava daljnje propadanje hrskavice. Takvo stanje osjećamo kao progresivnu bol i ukočenost u zglobovima. Kada uzimamo nativni kolagen tipa II u obliku dodatka prehrani, on, ulaskom u probavni sustav, ulazi u interakciju sa stanicama imunosnog sustava, koje se nalaze u crijevima. Pokreće se cijeli niz kompleksnih reakcija u tijelu zahvaljujući kojima kolagen više nije prepoznat kao strano tijelo, a postojeće upalno stanje se smanjuje. Osim toga, protuupalne molekule koje se pritom oslobađaju, potiču stanice hrskavice da proizvode kolagen tipa II i druge proteine ekstracelularnog matriksa.
Učinkovitost unosa kolagena kod osteoartritisa dokazalo je i istraživanje objavljeno 2016. u časopisu Nutrition Journal. U istraživanju Luga i suradnika, koje je trajalo 180 dana, sudjelovalo je 120 ispitanika s dijagnosticiranim umjerenim do teškim osteoartritisom te bolovima u koljenima. Ispitanici su bili podijeljeni u tri skupine od kojih je prva unosila 40 mg nedenaturiranog kolagena UC II, dok je druga skupina unosila kombinaciju od 1.500 mg glukozamin hidroklorida i 1.200 mg kondroitin sulfata. Treća skupina unosila je placebo u obliku mikrokristalinične celuloze i silicijevog dioksida. Rezultati su pokazali da je kod ispitanika koji su unosili kolagen došlo do poboljšanja funkcije koljena u usporedbi s placebom, ali i u usporedbi s unosom kombinacije glukozamin hidroklorida i kondroitin sulfata. U istraživanju je korišten upitnik WOMAC kojim se procjenjuju razina boli, ukočenosti i tjelesne funkcije bolesnika s artrozom zgloba koljena. Unos kolagena u obliku dodatka prehrani doveo je do značajnih promjena kod sve tri domene obuhvaćene upitnikom – u smanjenju boli, manjoj ukočenosti zglobova te boljoj sposobnosti obavljanja aktivnosti iz svakodnevnog života. Kolagen je učinkovit u smanjenju boli kod osteoartritisa te zbog sigurnosti i kliničkih dokaza predstavlja dobru terapijsku opciju za poboljšanje simptoma osteoartritisa.
Literatura:
Atherton PJ, Smith K. Muscle protein synthesis in response to nutrition and exercise. J Physiol 2012; 590:1049e57.
Cho S. The Role of Functional Foods in Cutaneous Anti-aging. J Lifestyle Med. 2014 Mar;4(1):8-16. doi: 10.15280/jlm.2014.4.1.8. Epub 2014 Mar 31.
Dierckx S, Patrizi M, Merino M, González S, Mullor JL, Nergiz-Unal R. Collagen peptides affect collagen synthesis and the expression of collagen, elastin, and versican genes in cultured human dermal fibroblasts. Front Med (Lausanne). 2024;11:1397517.
de Miranda RB, Weimer P, Rossi RC. Effects of hydrolyzed collagen supplementation on skin aging: a systematic review and meta-analysis. Int J Dermatol. 2021;60(12):1449-1461.
Dewi DAR, Arimuko A, Norawati L, Yenny SW, Setiasih NL, Perdiyana A, Arkania N, Nadhira F, Wiliantari N. Exploring the Impact of Hydrolyzed Collagen Oral Supplementation on Skin Rejuvenation: A Systematic Review and Meta-Analysis. Cureus. 2023;15(12):e50231.
Hexsel D, Zague V, Schunck M, Siega C, Camozzato FO, Oesser S. Oral supplementation with specific bioactive collagen peptides improves nail growth and reduces symptoms of brittle nails. J Cosmet Dermatol. 2017;16(4):520-526.
Hong H, Chaplot S, Chalamaiah M, Roy B, Bruce H, Wu J. Removing Cross-Linked Telopeptides Enhances the Production of Low-Molecular-Weight Collagen Peptides from Spent Hens. J Agric Food Chem 2017;65:7491-7499.
Koopman R, Crombach N, Gijsen AP, Walrand S, Fauquant J, Kies AK, Lemosquet S, Saris WH, Boirie Y, van Loon LJ. Ingestion of a protein hydrolysate is accompanied by an accelerated in vivo digestion and absorption rate when compared with its intact protein. Am J Clin Nutr. 2009 Jul;90(1):106-15. doi: 10.3945/ajcn.2009.27474. Epub 2009 May 27.
Li GY, Fukunaga S, Takenouchi K, Nakamura, F. Comparative study of the physiological properties of collagen, gelatin and collagen hydrolysate as cosmetic materials. Int J Cosmet Sci 2005;27:101-106
Lugo JP, Saiyed ZM, Lane NE. Efficacy and tolerability of an undenatured type II collagen supplement in modulating knee osteoarthritis symptoms: a multicenter randomized, double-blind, placebo-controlled study. Nutr J. 2016 Jan 29;15:14. doi: 10.1186/s12937-016-0130-8.
Oshimura E, Sakamoto K. Chapter 19—Amino Acids, Peptides, and Proteins. U: Sakamoto K, Lochhead RY, Maibach HI, Yamashita Y. ur. Cosmetic Science and Technology. Elsevier; 2017, str. 285–303.
Pal G.K., Suresh P.V. Sustainable valorisation of seafood by-products: Recovery of collagen and development of collagen-based novel functional food ingredients. Innov. Food Sci. Emerg. Technol. 2016;37:201–215. doi: 10.1016/j.ifset.2016.03.015..Svi
Proksch E, Schunck M, Zague V, Segger D, Degwert J, Oesser S. Oral intake of specific bioactive collagen peptides reduces skin wrinkles and increases dermal matrix synthesis. Skin Pharmacol Physiol. 2014;27(3):113-9.
Proksch E, Segger D, Degwert J, Schunck M, Zague V, Oesser S. Oral supplementation of specific collagen peptides has beneficial effects on human skin physiology: a double-blind, placebo-controlled study. Skin Pharmacol Physiol. 2014;27(1):47-55.
Rodriguez M I A, Barroso L G R, Sanchez M L. Collagen: A review on it sources and potential cosmetic applications. J. Cosmet. Dermatol. 2017, 17, 20.
Scibior D, Czeczot H. Arginina–metabolizm i funkcje w organizmie człowieka [Arginine–metabolism and functions in the human organism]. Postepy Hig Med Dosw (Online). 2004;58:321-32. Polish. PMID: 15459550.
Skov, K., Oxfeldt, M., Thøgersen, R., Hansen, M., & Bertram, H. C. (2019). Enzymatic Hydrolysis of a Collagen Hydrolysate Enhances Postprandial Absorption Rate—A Randomized Controlled Trial. Nutrients, 11(5), 1064. doi:10.3390/nu11051064
Sugihara F, Inoue N, Venkateswarathirukumara S. Ingestion of bioactive collagen hydrolysates enhanced pressure ulcer healing in a randomized double-blind placebo-controlled clinical study. Sci Rep. 2018 Jul 30;8(1):11403. doi: 10.1038/s41598-018-29831-7.
Varani J, Dame MK, Rittie L, Fligiel SE, Kang S, Fisher GJ, Voorhees JJ. Decreased collagen production in chronologically aged skin: roles of age-dependent alteration in fibroblast function and defective mechanical stimulation. Am J Pathol. 2006 Jun;168(6):1861-8. doi: 10.2353/ajpath.2006.051302.
Wang, Hsiuying. (2021). A Review of the Effects of Collagen Treatment in Clinical Studies. Polymers. 13. 3868. 10.3390/polym13223868.
Zdzieblik D, Oesser S, Baumstark MW, Gollhofer A, König D. Collagen peptide supplementation in combination with resistance training improves body composition and increases muscle strength in elderly sarcopenic men: a randomised controlled trial. Br J Nutr. 2015;114(8):1237-45. doi: 10.1017/S0007114515002810.