Коллаген

Соединительные ткани

По морфологическим и физиологическим при­знакам в организме человека выделяют четыре типа тканей: эпи­телиальную, соединительную, мышечную и нервную.
Как и любая ткань, соединительная ткань состоит из клеток и межклеточного матрикса.

Межклеточный матрикс— это надмолекулярный комплекс, образованный сложной сетью связанных между собой макромолекул.
В организме межклеточный матрикс формирует такие высокоспециализированные структуры, как хрящ, сухожилия, базальные мембраны ( в коже ), а также (при вторичном отложении фосфата кальция) кости и зубы.

В химический состав межклеточного матрикса входят:

1. Коллагеновые и эластиновые волокна. Они придают ткани механическую прочность, препятствуя ее растяжению;

2. Аморфное вещество ГАГ  ( гиалуроновая кислота ) и протеогликанов. Оно удерживает воду и минеральные вещества, препятствует сдавливанию ткани;

3. Неколлагеновые структурные белки - фибронектин, ламинин, тенасцин, остеонектин и др.

Кроме того, в межклеточном матриксе может присутствовать минеральный компонент- в костях и зубах: гидроксиапатит, фосфаты кальция, магния и т.д. Он придает механическую прочность костям, зубам, создает запас в организме кальция, магния, натрия, фосфора.

Межклеточный матрикс выполняет в организме разнообразные функции:

• образует каркас органов и тканей;
• является универсальным «биологическим» клеем;
• участвует в регуляции водно-солевого обмена;
• образует высокоспециализированные структуры (кости, зубы, хрящи, сухожилия, базальные мембраны).
• окружая клетки, влияет на их прикрепление, развитие, пролиферацию, организацию и метаболизм.

Коллаген

Коллаген — это фибриллярный белок, основной структурный компонент межклеточного матрикса.
Коллаген обладает огромной прочностью (Коллаген прочнее стальной проволоки того же сечения, он может выдерживать нагрузку в 10000 раз большую собственного веса) и практически не растяжим.
Это самый распространенный белок организма, на него приходиться от 25 до 33% общего количества белка в организме, т.е. 6% массы тела. Около 50% всех коллагеновых белков содержится в тканях скелета, около 40% — в коже и 10% — в строме внутренних органов.
Строение коллагена:
Под коллагеном понимают два вещества: тропоколлаген и проколлаген.

Молекула тропоколлагена состоит из 3 α-цепей. Известно около 30 видов α-цепей, отличающихся между собой аминокислотным составом. В тропоколлагене содержится 33% глицина, 25% пролина и 4-оксипролина, 11% аланина, есть гидроксилизин, мало гистидина, метионина и тирозина, нет цистеина и триптофана.

Молекула проколлагена устроена также как и тропоколлагена, но на ее концах находятся
С - и - N - пропептиды, образующие глобулы.
Виды коллагена:
Коллаген — полиморфный белок, в настоящее время известно 19 типов коллагена, которые отличаются друг от друга по первичной структуре пептидных цепей, функциям и локализации в организме. 95% всего коллагена в организме человека составляют коллагены I -  VII типов.
Его основные функции:

• защитная — обеспечение прочности тканей и защиты от механических повреждений;
• опорная — скрепление и формирование формы органов;
• восстановительная (клеточная регенерация);
• обеспечивает эластичность тканей совместно с эластиновыми волокнами;
• тормозит развитие меланом (опухолевидные образования кожи);
• стимулирует образование клеточных оболочек.

Биосинтез и распад коллагена

Огромную роль играет коллаген для кожи, в которой он представлен I и VII типами. Он составляет 70% ее белков и расположен в дермальном слое, обеспечивая кожным покровам тонус, прочность, упругость и принимая участие в их увлажнении.

Биосинтез коллагена в коже состоит из восьми этапов. Пять из них протекают в клетках фибробластах, три — внеклеточно.

На биосинтез большое влияние оказывают гормоны надпочечников (глюкокортикоиды), половые гормоны и витамин «C».

Разрушение коллагеновых волокон происходит постоянно под воздействием коллагеназы и других ферментов, «измельчающих» их еще больше. Общая схема разрушения этого белка выглядит так:

Аминокислоты, образующиеся при этом, участвуют в построении клеток и восстановлении коллагена. В молодом здоровом организме цикл разрушения и синтеза составляет около 1 месяца, а обмен коллагена составляет 6 кг в 1 год.

После 25-30 лет диссимиляция постоянно возрастает и постепенно начинает преобладать над синтезом, в результате чего с увеличением возраста содержание этого белка в коже постепенно уменьшается. Восстановление коллагена в среднем возрасте уже приближается к 3 кг.

Его волокна разрушаются и приобретают жесткость и хрупкость, накапливается поврежденный, фрагментированный коллаген, в результате чего кожа становится менее прочной и упругой, истончается, возникает ее дряблость, пятнистость, увеличивается сухость из-за потери способности белка удерживать молекулы воды, формируются морщины.

Образующийся птоз (провисание) тканей уменьшает механическое натяжение клеток, приводит к их коллапсу (спадение) и повреждению фибробластов, регулирующих коллагеновый синтез. Таким образом, замыкается порочный круг.

Поэтому коллаген назван белком молодости.

Факторы влияния на процессы синтеза:

• Уменьшению выработки коллагена и ускорению его разрушения способствуют:
• Излишнее ультрафиолетовое облучение.
• Недостаточное увлажнение кожных покровов.
• Курение, приводящее к сужению мелких сосудов и снижению притока крови к тканям и накоплению свободных радикалов, непосредственному разрушению белка.
• Избыточное употребление алкогольных напитков, обезвоживающих организм и приводящих к стрессовому состоянию во всех системах организма.
• Психологические стрессы и нерациональное питание, содержащее недостаточное количество белка, витаминов и минералов.
• Некоторые врожденные и иммунные системные заболевания соединительной ткани (коллагенозы) — ревматизм, системная красная волчанка, склеродермия, дерматомиозит и др.

Применение коллагена в косметологии. В косметологии существуют два направления:

Применение технологического коллагена;
Стимуляция синтеза собственного белка организмом.
В зависимости от исходного сырья различают коллаген трех видов:
Животного происхождения - (наиболее дешевый), получаемый из кожи крупного рогатого скота в виде гидролизатов. Как один из компонентов он входит в состав увлажняющих и питательных косметических кремов. Однако его молекулы очень крупные, а потому не могут проникнуть через роговой слой. Наружное применение коллагена в составе различных кремов и масок часто вызывает аллергические реакции. Получение его из тканей коров из-за распространенного бешенства очень ограничено. 
Также производится коллаген на основе свиных тканей, донорских или трупных тканей человека.
Растительный - (из пшеничных белков), который лучше усваивается клетками кожи и редко вызывает аллергические реакции. Но его получение требует значительных финансовых расходов из-за сложности технологии.

Кроме того, по сути своей растительный белок коллагеном не является, так как последний существует только в соединительной ткани животных, рыб и птиц.
Морской - вырабатывают из кожи рыб. По своей аминокислотной структуре он близок к коллагену кожи человека и проникает в глубокие ее слои.

Недостатком коллагена морских рыб является способность вызывать выраженную аллергию. Однако препараты коллагена из кожи пресноводных рыб, обитающих в чистых водоемах, к подобным реакциям не приводят. Через определенное время происходит разрушение этого белка на 19 аминокислот.
Они обладают увлажняющими свойствами и расходуются организмом на строительство эпидермальных клеток.

В косметологии коллаген используется:

Для наружного применения как один из компонентов в составе кремов, гелей, масок. Крупный белок не проникает через роговой слой, а лишь временно заполняет кожные неровности и микротрещины.
Эффективность этих препаратов объясняется увлажняющим эффектом. Он возникает в результате гигроскопичности коллагена и образования пленки на поверхности кожи.
Но в этом заключается и отрицательный эффект, так как подобное увлажнение только поверхностное, а «компресс» закрывает межклеточные поры и затрудняет испарение воды с кожной поверхности.
Положительное воздействие этих препаратов может быть объяснено только влиянием других компонентов в их составе — антиоксидантов, микроэлементов, аминокислот, витаминов.