Kolagen – w jaki sposób wspiera pracę fizjoterapeuty?

Kolagen to najważniejsze białko strukturalne, które jest bardzo powszechne w ludzkim ciele (ok. 30% wszystkich białek). Białka kolagenowe są niezwykle niejednorodne pod względem funkcji i struktury dzięki temu, iż są kodowane przez wiele genów w organizmie (w ten sposób człowiek jest zabezpieczony przed utratą tych istotnych makrocząsteczek) [11].
Na każdą makrocząsteczkę kolagenu składają się trzy spiralnie i lewoskrętnie zwinięte łańcuchy polipeptydowe (tworzą one strukturę alfa-helisy). Włókna kolagenowe stanowią niezwykle stabilną strukturę. Proces ich regeneracji jest jednak zróżnicowany w zależności od tkanki, którą budują (najdłużej przebiega on w ścięgnach, zdecydowanie szybciej w tkance łącznej) [8, 9]. 
Obecnie znanych jest 29 rodzajów kolagenu (oznacza się je cyframi rzymskimi od I do XXIX) występujących w żywych organizmach. Pełnią one różnorodną funkcję, mają odrębną budowę strukturalną, różni je również lokalizacja i zawartość procentowa w tkankach [12]. 
Kolagen można podzielić na dwie podstawowe grupy: kolageny fibrylarne i kolageny niefibrylarne. Różnią się one budową i przede wszystkim funkcją.
Kolageny fibrylarne są kodowane przez 11 genów (w skład tej grupy wchodzą typy: I, II, III, V, XI, XXIV oraz XXVII) i stanowią one ok. 90% wszystkich białek kolagenowych występujących w organizmach zwierzęcych (opisane w tabeli 1). 
 

Kolageny niefibrylarne to m.in. te budujące błonę podstawną (IV), mikrowłókna (VI, XXVII, XXIX) i tzw. włókna kotwiczące (VII).

Odbudowa kolagenu przebiega w dwóch etapach:

• trawienie (fibroblasty i histiocyty wydzielają kolagenazy odpowiedzialne za rozkład włókien kolagenowych),
• produkcja (fibroblasty wydzielają trypokolagen w miejscu strawionych włókien; jest to proces niezwykle skomplikowany, modulowany m.in. na poziomie ekspresji genów czy sygnałów wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych, np. przez cytokiny, interferony) [10].

Dlaczego kolagen jest tak ważny w organizmie człowieka?

W zasadzie kolagen można odnaleźć w każdym fragmencie ludzkiego ciała – skóra, chrząstka, kości, mięśnie, więzadła to tylko niektóre z nich. Kolagen jest głównym składnikiem tkanki łącznej i odpowiada za sprężystość, elastyczność i wytrzymałość skóry. Jest odpowiedzialny m.in. za tworzenie sieci włókienkowych, dzięki czemu skóra jest wytrzymała na rozciąganie. Białko to zwiększa również zdolność do absorpcji wody, a nawodnienie skóry bezpośrednio wpływa na jej stan, w tym na gładkość i mniejszą ilość zmarszczek. W układzie immunologicznym zapobiega przedostawaniu się drobnoustrojów chorobotwórczych oraz toksyn do tkanek [2, 4].
To z włókien kolagenowych w dużej mierze zbudowane są mięśnie. Wiadomo też, w jakim procencie oraz które rodzaje kolagenu są głównym składnikiem ścięgien. Coraz dokładniej znany jest skład białka kolagenowego oraz sposób dostarczania go organizmowi z zewnątrz w przypadku jego niedoboru. 

Kolagen uczestniczy w rozwoju narządów, naprawie tkanek oraz procesie gojenia się ran. W ciele ludzkim jest on nieustannie syntetyzowany i degradowany w obrębie przestrzeni zewnątrzkomórkowej (nadmiar kolagenu również stanowi problem dla prawidłowego funkcjonowania ciała człowieka, mogą wtedy z niewielkich ran i blizn na ciele tworzyć się blizny przerostowe oraz keloidy) [10]. 
Kolagen umożliwia lepsze wchłanianie składników mineralnych i zwiększa gęstość kości. Stymuluje aktywność komórek chrzęstnych i wspiera procesy ochronne w obrębie tkanki chrzęstnej. Niedobór kolagenu może doprowadzić do zmniejszenia wydzielania mazi stawowej, wspomagającej prawidłowe funkcjonowanie powierzchni stawowych, ich odżywienie i regenerację. Białko to przyspiesza regenerację zmienionych chorobowo tkanek i zmniejsza aktywność enzymów odpowiedzialnych za wywoływanie stanu zapalnego i bólu o charakterze reumatoidalnym. Kolagen odpowiada za odporność na rozciąganie chrząstki oraz zapewnia jej odpowiedni kształt. Podczas uprawiania aktywności sportowych to właśnie na tych strukturach odbijają się nieprawidłowe treningi, sumujące się przeciążenia lub powtarzające się mikrourazy. Ich prawidłowe działanie sprawia zaś, że częstość dolegliwości bólowych w obciążanych strukturach zmniejsza się i można spokojnie stopniowo zwiększać obciążenia treningowe.
Kolagen jest białkiem, które zmienia swoją strukturę pod wpływem różnych czynników zewnętrznych (obciążenia mechaniczne, zmiany hormonalne, choroby). Dodatkowo wzmożona aktywność fizyczna i uprawianie sportów ekstremalnych prowadzą do zwiększonej destrukcji włókien kolagenowych. Zaburzenia syntezy i przekształcania włókien kolagenowych zwiększają kruchość kości i ich podatność na złamania. Jest to spowodowane odwapnieniem szkieletu kostnego, który w 90% składa się właśnie z kolagenu i jego połączeń z wapniem, magnezem i fosforem. 

Gdzie jeszcze wykorzystywany jest kolagen?

Dzięki poznaniu dokładnej budowy włókien kolagenowych oraz opracowaniu procesu ich produkcji obecnie włókna stosuje się w nanotechnologii oraz biomedycynie. Są one szeroko wykorzystywane ze względu na ich minimalną toksyczność, niską antygenowość oraz wysoką biozgodność i zdolność do biodegradacji. Atelokolageny (pochodne kolagenu typu I) stosowane są do produkcji:

• gąbek wykorzystywanych w przypadku leczenia poparzeń oraz ran głębokich,
• tabletek i minigranulek (nośnik białek w tzw. systemach podawania leków),
• implantów (substytuty kości, skóry i naczyń krwionośnych) [13, 14].

Źródłem kolagenu naturalnego mogą być zwierzęta (również te morskie). Ze względu na immunogenność białek kolagenowych (wywołanie przeciwko sobie swoistej odpowiedzi immunologicznej) oraz ich heterogeniczność (zróżnicowanie) opracowano formy syntetyczne i rekombinowane. Nowoczesne technologie pozwalają na wyprodukowanie wszystkich 29 rodzajów kolagenu. Najczęściej opierają się one na pozyskiwaniu kolagenu typu I. Jest to białko o mocnych i grubych włóknach, o dużej stabilności cieplnej i odpowiednich do tego zastosowania właściwościach mechanicznych – cechujące się dużą rozciągliwością i wytrzymałością. Ponadto występuje ono w dużych ilościach w skórze, ścięgnach, kościach i mięśniach.
Część koncernów farmaceutycznych oferuje produkcję autologicznego kolagenu danego pacjenta. Jakie są zalety jego zastosowania? Zmniejsza to reakcje nadwrażliwości, które występują w niektórych przypadkach po zastosowaniu kolagenów odzwierzęcych. Minimalna toksyczność, niska antygenowość, wysoki stopień biozgodności oraz biodegradowalności są głównymi zaletami kolagenu, odpowiadającymi za częste wykorzystywanie tych produktów w różnorodnych terapiach.
Bardzo interesujące jest leczenie owrzodzenia podudzi (powikłanie choroby niedokrwiennej kończyny dolnej) z zastosowaniem nieadhezyjnych opatrunków z dodatkiem wieprzowego kolagenu pozyskanego z jelita cienkiego. 12-tygodniowa terapia skutkuje 55-proc. wskaźnikiem wyleczonych przypadków. Porównując ten wynik z 34-proc. skutecznością opatrunków poliuretanowych, można stwierdzić, że zastosowanie kolagenu zwiększa efektywność terapii [15].
Preparaty żelowe, gąbki i membrany kolagenowe są wykorzystywane również w terapii głębokich ran z martwicą (odleżyny, owrzodzenia). W trakcie operacji rekonstrukcyjnych stosowane są one z kolei do przysłaniania delikatnych struktur anatomicznych, takich jak nerwy, więzadła i ścięgna. Produkty na bazie kolagenu są wykorzystywane w nowoczesnej chirurgii w celu utrzymania prawidłowej homeostazy tkanek oraz zabezpieczenia rany pooperacyjnej (zmniejszenie prawdopodobieństwa zakażenia rany). Obecnie coraz popularniejsze staje się ich wykorzystanie również w chirurgii twarzowo-szczękowej i stomatologii (np. leczenie kieszonek kostnych, regeneracja przyzębia) [16]. 
W praktyce fizjoterapeutycznej można się spotkać z kolagenem w tematyce dotyczącej głównie aktywności fizycznej. 
Dlaczego w przypadku intensywnego uprawiania sportu oraz niestety niemożliwych do uniknięcia związanych z tym kontuzji i przeciążeń tak ważny jest prawidłowy poziom kolagenu w ciele człowieka? Badania naukowe pokazują, że po 25. roku życia (niektóre prace podają jako granicę 30. rok życia) organizm ludzki nie jest w stanie zapewnić równowagi pomiędzy biosyntezą a degradacją kolagenu w tkankach. Dochodzi do zaburzenia równowagi homeostazy i procesy kataboliczne (prowadzące do degradacji tkanek) zaczynają przeważać nad procesami anabolicznymi. Niestety, bardzo często dzieje się tak na skutek nieumiejętnie uprawianych treningów sportowych, w których technika treningu nie jest właściwa i prowadzi do powtarzających się mikrouszkodzeń w obrębie narządu ruchu, co z biegiem czasu skutkuje przeciążeniami upośledzającymi prawidłowe działanie elementów układu ruchu. Szczególne znaczenie ma tu również brak prawidłowo przeprowadzonej rozgrzewki oraz odnowy biologicznej umożliwiającej powrót do stanu sprzed intensywnego treningu sportowego. Po 60. roku życia białko to przestaje być syntezowane przez organizm. Dodatkowo w czasie menopauzy proces syntezy kolagenu ulega znacznemu zakłóceniu. W tym momencie niedobory kolagenu powinny być dostarczane z zewnątrz [6]. 

Jakie są objawy niedoboru tego niezwykle ważnego białka? Przede wszystkim:

• są one widoczne w strukturze włosów i paznokci,
• są one widoczne w funkcjonowaniu naczyń krwionośnych i limfatycznych,
• niedobór kolagenu może być przyczyną zmian zwyrodnieniowych w stawach i układzie kostnym,
• występuje przedwczesne starzenie się tkanek miękkich,
• występują inne choroby [6, 7].

W jaki sposób można dostarczyć kolagen do organizmu? 

Najlepszym sposobem jest oczywiście odpowiednio zbilansowana dieta. Niestety, w dzisiejszym świecie żywność jest mocno przetworzona i brak w niej odpowiednich ilości tego bardzo ważnego białka. W literaturze oraz w badaniach można znaleźć informację o tym, że najwięcej kolagenu przyswajalnego dla człowieka znajduje się w żelatynie (jest to kolagen ze skóry, chrząstek i kości zwierzęcych, przez co nie różni się od niego składem aminokwasowym) i nieprzetworzonych produktach typu podroby oraz w wywarze z kurzych nóżek. Niestety, aby uzupełnić poziom kolagenu w sposób istotny, należałoby jeść bardzo dużo tego typu produktów, a nie wszyscy są smakoszami golonek i galaret (szczególnie mowa tu o osobach dbających o smukłą i wysportowaną sylwetkę). 
Okazuje się jednak, że można wpływać na stymulowanie tworzenia kolagenu w tkankach. poprzez dostarczenie do organizmu:

• witaminy C (owoce cytrusowe, natka pietruszki i papryka) [5], 
• glicyny (skóra drobiowa, żelatyna, produkty wysokobiałkowe), 
• proliny (jej duże ilości występują w żelatynie, białkach jaj, mięsie i podrobach, nabiale – szczególnie w serach, roślinach strączkowych),
• żelaza (wątróbka, wołowina, produkty zbożowe),
• miedzi (występuje w nasionach słonecznika, pestkach dyni, wątróbce, roślinach strączkowych, orzechach laskowych, migdałach)

Są jednak czynniki, które mogą zaburzać tworzenie kolagenu w organizmie. Należą do nich:

• stres, 
• cukier rafinowany, 
• zbyt duża ekspozycja na promieniowanie UV, 
• palenie papierosów, 
• niektóre choroby autoimmunologiczne.

Sam kolagen w postaci zbliżonej do tego naturalnie syntetyzowanego można dostarczyć poprzez suplementację z zewnątrz. Wobec bardzo dużej ilości preparatów dostępnych na rynku na co należy zwrócić uwagę, aby wybrać produkt najbardziej wartościowy?
Należy pamiętać, aby był to kolagen o najwyższej dostępnej klasie, czyli A. Warto zwrócić uwagę, by produkt nie zawierał niepotrzebnych składników takich jak aromaty i barwniki pochodzenia syntetycznego czy konserwanty. Dobrze, jeśli w jego składzie znajdują się substancje wspierające produkcję kolagenu, takie jak witamina C, glukozamina czy kwas hialuronowy. Optymalnym będzie preparat zawierający 8 g czystego kolagenu wspieranego 60 mg witaminy C przypadającymi na jedną porcję produktu [1, 3]. Na rynku dostępne są preparaty w postaci proszku do rozpuszczania lub tabletek. Te, które można rozpuszczać w płynach, występują w formie smakowej lub bezsmakowej. Dodatkowo oprócz samego kolagenu mają one w składzie mikroelementy, siarczan chondroityny, glukozaminę, witaminę C. Jak widać, każdy znajdzie coś dla siebie.
Badania pokazały, że przyjmowanie kolagenu w połączeniu z treningiem oporowym wpłynęło na poprawę składu ciała poprzez zwiększenie beztłuszczowej masy ciała, siły mięśni i utratę tkanki tłuszczowej. Przez 12 tygodni uczestniczący w badaniu mężczyźni suplementowali kolagen i regularnie ćwiczyli. Zaobserwowano u nich wzrost masy mięśniowej i siły i był on wyraźniejszy niż u osób przyjmujących tabletkę placebo. Warto podkreślić, że zachowanie odpowiedniej masy mięśniowej jest kluczowe dla zdrowia, pozwala ono utrzymać prawidłową postawę ciała i wpływa na zdrowie kości. Dodatkowo większa ilość masy mięśniowej przyczynia się do spalania większej ilości kalorii, co może okazać się pomocne w wielu dyscyplinach sportowych. 

O czym należy pamiętać, przyjmując preparaty zawierające to cudowne białko? 

Przede wszystkim o tym, że nie można z pełną świadomością skierować połkniętego preparatu do miejsca, gdzie jest on najbardziej potrzebny (np. do uszkodzonej chrząstki stawowej stawu kolanowego). Po drodze musi on przebyć układ pokarmowy, w którym włókna kolagenu są trawione do zdecydowanie mniejszych cząsteczek (peptydy i aminokwasy) i w takiej postaci wchłaniane w jelitach. Dopiero te białka mogą zostać poprzez procesy odbudowy kolagenu użyte do tworzenia nowych, pełnowartościowych włókien.
Bardzo ważny we wspomaganiu syntezy kolagenu jest dobór różnorodnych składników (opisany wcześniej kolagen, witamina C itd.) w połączeniu z długim czasem suplementacji (powinna być ona również regularnie stosowana) oraz z działaniami prewencyjnymi skierowanymi na odciążenie struktur stawowych (praca nad prawidłową techniką ruchu w danej dyscyplinie sportowej, wzmocnienie mięśni, właściwie przeprowadzony proces odnowy biologicznej). Niestety, żadna firma farmaceutyczna nie wymyśliła cudownej pigułki, której zastosowanie przywróciłoby idealne działanie ludzkich tkanek. Wymiana kolagenu w organizmie odbywa się w sposób ciągły, w związku z tym dostarczanie niezbędnych do jego budowy składników musi również odbywać się w sposób ciągły. Warto więc dbać o prawidłową dietę każdego dnia, a nie tylko wtedy, gdy pojawiają się dolegliwości związane z przeciążeniem stawów. 
Alternatywą dla preparatów podawanych w formie doustnej są iniekcje dostawowe. W przypadku zmian zwyrodnieniowych w obrębie stawów podawane są nie tylko kwas hialuronowy czy osocze bogatopłytkowe, ale również kolagen. Korzyścią wynikającą z takiej formy leczenia jest zdecydowanie terapia celowana bezpośrednio w miejsce, w którym dolegliwości występują. Jest ona skuteczna, ale niestety w przypadku zmian zwyrodnieniowych ogólnoustrojowych lub zmian przeciążeniowych dotyczących kilku stawów podaż kolagenu w takiej formie jest trudna do wykonania.

Podsumowanie

Ponad 40 lat temu poznano budowę pierwszego rodzaju włókna kolagenowego. Od tego czasu dzięki rozwojowi biologii molekularnej oraz technologii laboratoryjnej poznano 29 różnych rodzajów tych białek. Czy są to już wszystkie rodzaje kolagenu występujące w organizmach zwierząt, nie wiadomo. Z pewnością można powiedzieć, że badanie unikatowych właściwości kolagenu w procesie regeneracji organizmu ludzkiego daje ogromne możliwości do jego stosowania. W związku z tym można z całą pewnością powiedzieć, że badania naukowe będą prowadzone w dalszym ciągu, i warto śledzić nowinki w tym temacie.  

Piśmiennictwo

1. Bojarewicz H., Dzwigulska P. Suplementy diety. Część II. Wybrane składniki suplementów diety oraz ich przeznaczenie. Hygeia Public Health 2012; 47 (4): 433–441.
2. Czubak K., Żbikowska H. Struktura, funkcja i znaczenie biomedyczne kolagenów. Ann Acad Med Siles 2014; 68 (4): 245–254.
3. Dybka K., Walczak P. Collagen hydrolysates as a new diet supplement. Scientific Bulletin of the Technical University of Lodz: Food Chemistry and Biotechnology 2009; 73: 83–92.
4. Gelse K., Pöschl E., Aigner T. Collagens: structure, function, and biosynthesis. Adv Drug Deliv Rev 2003; 55: 1531–1546.
5. Maćkowiak K., Torliński L. Współczesne poglądy na rolę witaminy C w fizjologii i patologii człowieka. Nowiny Lekarskie 2007; 76 (4): 349–356.
6. Nowicka-Zuchowska A., Zuchowski A., Kolagen – rola w organizmie i skutki niedoboru. Lek w Polsce 2019; 29 (11/12): 6–10.
7. Sobolewski K. Kolagen – podstawowe białko organizmu ludzkiego. Roczniki Naukowe Wyższej Szkoły Wychowania Fizycznego i Turystyki, Białystok 2006.
8. Stančik R., Zvarka J., Kubinec V., Rovensky J. Kolagen typu I w leczeniu bolesnej choroby zwyrodnieniowej stawów kolanowych. Ostry Dyżur 2012; 1–2: 21–24.
9. Żelaszczyk D., Waszkielewicz A., Marona H. Kolagen – struktura oraz zastosowanie w kosmetologii i medycynie estetycznej. Estetol Med Kosmetol 2012; 2 (1): 14–20.
10. Nowak L., Olejek A. Biologiczno-molekularne aspekty gojenia się ran pooperacyjnych. Gin Prakt 2004; 12: 26–30. 
11. Kuzan A., Chwiłkowska A. Różnorodność i funkcje kolagenu w tętnicach. Pol Merkuriusz Lek 2011; 182: 111–113.
12. Banaś M., Pietrucha K. Typy i struktura białka kolagenowego. Zesz Nauk PŁ Chem Spoż Biotechnol 2009; 73: 93‑103.
13. Lee C.H., Singla A., Lee Y. Biomedical applications of collagen. Int J Pharm 2001; 221: 1–22.
14. Wysocki T., Sacewicz I., Wiktorska M., Niewiarowska J. Atelokolagen jako potencjalny nośnik terapeutyków. Postępy Hig Med Dośw 2007; 61: 646–654.
15. O’Donnell T.F. Jr, Lau J. A systematic review of randomized controlled trials of wound dressings for chronic venous ulcer. J Vasc Surg 2006; 44 (5): 1118–1125.
16. Ruszczak Z. Effect of collagen matrices on dermal wound healing. Adv Drug Deliv Rev 2003; 55 (12): 1595–1611.