Czy dla zdrowia stawów warto suplementować kolagen?

Choroba zwyrodnieniowa stawów (OA) jest najczęstszą chorobą stawów, generującą ból, niepełnosprawność i koszty społeczno-ekonomiczne na całym świecie. Obecnie nie ma zatwierdzonych leków modyfikujących przebieg choroby, a przewlekłe stosowanie leków objawowych budzi obawy dotyczące bezpieczeństwa. Celem niniejszego przeglądu jest ogólne opisanie głównych rodzajów kolagenów, dostępnych obecnie na rynku, koncentrując się na tych związanych ze zdrowiem stawów, opisując ich mechanizm działania, dowody przedkliniczne i kliniczne.

Artykuł na: 23-28 minut
Zdrowe zakupy

Choroba zwyrodnieniowa stawów (OA) staje się jednym z najczęstszych schorzeń stawów ze względu na wzrost śred­niej długości życia, stanowiąc obecnie poważny problem społeczno-ekonomiczny i zdrowia publicznego.

Choroba zwyrodnieniowa stawów charakteryzuje się stanem zapal­nym i postępującym niszczeniem chrząstki stawowej, może dotyczyć każdego stawu, ale najczęściej mamy z nią do czynienia w stawach kolanowych, biodrowych, kręgosłupa i stawach międzypaliczkowych. Powoduje ból, ograniczenia funkcjonalne i obniża jakość życia.

Istnieją różne opcje leczenia OA, w tym podejścia farma­kologiczne i niefarmakologiczne. Najczęściej stosowanymi metodami leczenia farmakologicznego są leki przeciwbó­lowe (paracetamol) i niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ). Jednak obawy dotyczące bezpieczeństwa zwią­zane z ich długotrwałym podawaniem ograniczyły ich stosowanie, szczególnie u pacjentów z chorobami współ­istniejącymi.

Z tego powodu skoncentrowano wysiłki na znalezieniu alternatywnych metod leczenia o lepszym profilu bezpieczeństwa i tolerancji, znanych jako leki objawowe o powolnym działaniu (SYSADOA), takie jak glukozamina (GS) i siarczan chondroityny (CS), które są obecnie najczęściej stosowanymi lekami SYSADOA. Z kolei niefarmakologiczne metody leczenia oparte na przyjmowa­niu kolagenu jako suplementu diety znalazły się w centrum zainteresowania w celu wsparcia efektu zapobiegawczego lub terapeutycznego u pacjentów z OA.

Kolagen jest najobficiej występującym białkiem w macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i tkankach łącznych kręgowców. Typowym elementem strukturalnym kolagenu jest potrójnie helikalna domena przypominająca pręt. Na pod­stawie ich struktury, organizacji supramolekularnej i cech funkcjonalnych opisano 28 rodzajów kolagenów. Pozy­skiwanie kolagenu polega głównie na ekstrakcji z tkanek bogatych w kolagen pochodzenia zwierzęcego, takich jak chrząstka, skóra i kości. W zależności od procesu produk­cyjnego można uzyskać różne produkty pochodne kolagenu o całkowicie odmiennej strukturze, składzie i właściwo­ściach, takie jak: niedenaturowany kolagen natywny (nie­rozpuszczalny) lub rozpuszczalny kolagen natywny. Struktura molekularna podawanego doustnie kolagenu determinuje jego mechanizm działania na zdrowie stawów. 

źródła kolagenu

Początkowo postulowano, że suplementacja niefarmakologiczne metody leczenia oparte na przyjmowa­niu kolagenu jako suplementu diety znalazły się w centrum zainteresowania w celu wsparcia efektu zapobiegawczego lub terapeutycznego u pacjentów z OA.

Kolagen jest najobficiej występującym białkiem w macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) i tkankach łącznych kręgowców. Typowym elementem strukturalnym kolagenu jest potrójnie helikalna domena przypominająca pręt. Na pod­stawie ich struktury, organizacji supramolekularnej i cech funkcjonalnych opisano 28 rodzajów kolagenów.

Pozy­skiwanie kolagenu polega głównie na ekstrakcji z tkanek bogatych w kolagen pochodzenia zwierzęcego, takich jak chrząstka, skóra i kości. W zależności od procesu produk­cyjnego można uzyskać różne produkty pochodne kolagenu o całkowicie odmiennej strukturze, składzie i właściwo­ściach, takie jak: niedenaturowany kolagen natywny (nie­rozpuszczalny) lub rozpuszczalny kolagen natywny. Struktura molekularna podawanego doustnie kolagenu determinuje jego mechanizm działania na zdrowie stawów

Początkowo postulowano, że suplementacja kolagenem może promować syntezę tkanki łącznej, zwłaszcza ECM chrząstki, głównie dlatego, że kolagen stanowi jej główny składnik. W rzeczywistości wyka­zano, że niektóre peptydy z hydrolizowanego kolagenu są wchłaniane i gromadzone w chrząstce.

Ponadto w zwierzęcych modelach OA uzyskano obiecujące wyniki w zakresie zachowania struktury chrząstki w wyniku dłu­gotrwałego przyjmowania zhydrolizowanego kolagenu. Jeśli chodzi o natywny kolagen (zarówno rozpuszczalny, jak i nierozpuszczalny), najczęściej badany jest typ II, który początkowo oceniano w reumatoidalnym zapaleniu stawów, a następnie w OA. Dowiedziono, że natywny kolagen typu II zmniejsza reakcje autoimmunologiczne przeciwko endogennemu kolagenowi na poziomie chrząstki stawowej.

Kolagen od lat jest przedmiotem intensywnych badań. Tylko w ciągu ostatniej dekady opublikowano ponad 20 000 artykułów na temat kolagenu, opisujących jego strukturę molekularną potrójnej helisy, jego naturalne występowanie, właściwości fizykochemiczne i funkcje biologiczne, metody ekstrakcji lub nowe zastosowania. Jed­nakże, ponieważ pod tym samym terminem współistnieją różne rodzaje kolagenów, istnieje pewne zamieszanie co do potencjału terapeutycznego każdego z nich, w zależności od jego struktury i składu. Dlatego też celem niniejszego przeglądu jest zdefiniowanie różnych rodzajów kolagenu z punktu widzenia struktury, przegląd proponowanych mechanizmów działania oraz zestawienie przedklinicznych i klinicznych dowodów wpływu na zdrowie stawów.
kobieta trzymająca się za kolano

Jak działa kolagen?

Kolagen to starożytny termin ukuty w celu nazwania naturalnego kleju, uzyskiwanego przez gotowanie kości zwierzęcych. Wywodzi się od greckiego κόλλα (kólla lub „klej”) i – γενής (-genḗs lub „produkujący”).

Z naukowego punktu widzenia kolagen jest obecnie definiowany jako duża rodzina białek strukturalnych występujących w ECM tkanek zwierzęcych, które wyróżniają się tym, że zawierają jedną lub więcej domen o unikalnej potrójnej struktu­rze helikalnej. Potrójna konformacja helikalna kolagenu została po raz pierwszy opisana w latach pięćdziesiątych XX wieku na podstawie wzoru dyfrakcji rentgenowskiej włókien kolagenowych znalezionych w skórze.

Struktura ta obejmuje trzy lewoskrętne łańcuchy polipeptydowe (tzw. łańcuchy α kolagenu), które są zwinięte w prawo­skrętną strukturę helikalną. Łańcuchy polipeptydowe kolagenu wyróżniają się powtarzającą się specyficzną jednostką (Gly-X-Y), w której Gly to glicyna (najmniejszy aminokwas w przyrodzie) a X i Y to często prolina (Pro) i hydroksyprolina (Hyp).

Podczas gdy społeczność naukowa w latach siedemdzie­siątych XX wieku mówiła tylko o czterech typach gene­tycznie odmiennych kolagenów, obecnie powszechnie przyjmuje się, że rodzina kolagenów obejmuje do 28 członków, różniących się między sobą składem molekularnym, a także ich molekularną organizacją w ECM.

W zależności od ich molekularnej organiza­cji, typy kolagenu mogą być dodatkowo podzielone na różne mniejsze rodziny, takie jak kolageny two­rzące fibryle, kolageny błony podstawnej lub kolageny mikrofibrylarne.

Kolageny tworzące fibryle są zdecydowanie najbardziej rozpowszechnione w przyrodzie. Obejmują one typ I, typ II, typ III, typ V i XI. Stanowią one ponad 90% materii organicznej w kościach, skórze właściwej, ścięgnach, więza­dłach i rogówce. Kolageny typu II to cząsteczki składające się z trzech identycznych łańcuchów polipeptydowych. Stanowią one około 80% całkowitego kolagenu w chrząstce, ale występują również w innych tkankach, takich jak ciało szkliste lub rogówka.

Warto zauważyć, że inne białka włókniste, takie jak elastyna, zostały znalezione w ECM wraz z kolagenem tworzącym fibryle. Jednak włókna kolagenowe i elastyna różnią się zarówno składem chemicznym, jak i organizacją molekularną.

Kolagen był historycznie ceniony w kilku dziedzinach przemysłu. Biorąc pod uwagę, że jest to białko jadalne, duża liczba zastosowań przemysłowych koncentruje się na przemyśle spożywczym, gdzie kolagen powszechnie pełni różne funkcje technologiczne żywności, takie jak emulga­tor, materiał błonotwórczy, środek żelujący lub stabilizator. Co więcej, ze względu na swoje właściwości mechaniczne i biodegradowalność, kolagen jest również uważany za ide­alny materiał do wielu zastosowań biomedycznych, takich jak substytuty skóry, produkcja rusztowań do inżynierii tkankowej (kości, ścięgna lub chrząstki), naprawa nerwów lub systemy dostarczania leków, w tym hydrożele, granulki, mikrokapsułki lub mikrosfery.

kolagen

Zdecydowana większość kolagenów znajdujących się obec­nie na rynku pozyskiwana jest z surowców pochodzenia zwierzęcego. Najbardziej typowe są ścięgna, kości i skóry, które zasadniczo składają się z tkanki łącznej, a zatem są bogatym źródłem kolagenu typu I.

Ponadto, chrząstki są wykorzystywane do produkcji kolagenu typu II, a w nie­wielkim stopniu błony skorupek jaj są proponowane jako naturalny surowiec do otrzymywania kolagenu typu I, V i X. Tradycyjnymi gatunkami zwierząt wybieranymi do produkcji kolagenu są świnie i bydło, chociaż drób i ryby stają się coraz bardziej popularne, aby przezwyciężyć ogra­niczenia religijne kolagenu wieprzowego i obawy o choroby odzwierzęce bydła.

Procesy produkcyjne mające na celu uzyskanie kolagenu z naturalnego źródła zwykle obejmują różne techniki ekstrakcji i oczyszczania, które kształtują główne cechy produktu końcowego, takie jak właściwości fizykoche­miczne lub aktywność biologiczna. W rezultacie opisano różne produkty kolagenowe, takie jak „nierozpuszczalne niedenaturowane natywne kolageny”, „rozpuszczalne natywne kolageny”, „denaturowane kolageny”, „hydrolizaty kolagenu” i „peptydy kolagenowe”.

Oprócz kolagenów pozyskiwanych z naturalnych źródeł zwierzęcych, podjęto pewne próby wytworzenia „kolage­nów niezwierzęcych” na drodze syntezy chemicznej lub metodami biotechnologicznymi. Syntetyczne peptydy związane z kolagenem (CRP) zostały po raz pierwszy zaprojektowane i zmontowane pod koniec lat sześćdziesią­tych XX wieku. Pomimo najnowszych osiągnięć w zakre­sie naśladowania struktury potrójnej helisy kolagenu, a także tworzenia fibryli, syntetyczne kolageny są nadal niezwykle uproszczonymi strukturami w porównaniu do naturalnych kolagenów.

Termin „wegański kolagen” lub „wegański budulec kola­genu” został niedawno wprowadzony na rynek żywności funkcjonalnej w odniesieniu do niektórych produktów, które zasadniczo składają się z mieszanki składników, w tym ekstraktów roślinnych, aminokwasów, witamin i minerałów. Chociaż niektóre badania wykazały, że w biosyntezie kolagenu pośredniczą pewne mikroele­menty zawarte w tych składnikach, takie jak witamina C, miedź lub cynk, warto zauważyć, że żaden produkt ozna­czony jako „wegański kolagen” nie zawiera rzeczywistego kolagenu na liście składników.

  wegański kolagen

Mechanizm działania na zdrowie stawów

W oparciu o strukturę molekularną kolagenu opisano różne mechanizmy jego działania jako składnika w produkcji suplementów diety. Kolagen natywny (nierozpuszczalny lub rozpuszczalny) jest odporny na proteinazy i dlatego nie jest trawiony w przewodzie pokarmowym, zachowując struk­turę potrójnej helisy i poprawiając zdrowie stawów poprzez mechanizm tolerancji doustnej.

W przeciwieństwie do tego, zarówno żelatyna, jak i hydrolizowane kolageny nie posia­dają potrójnej helisy, a co za tym idzie, mechanizm działania tolerancji doustnej zostaje utracony. Żelatyna jest prawdo­podobnie najczęstszą formą na rynku, ale nie opisano jej biologicznej funkcji dla zdrowia stawów. Ma jednak dosko­nałe właściwości fizyczne i mechaniczne, takie jak niska rozpuszczalność, głównie ze względu na fakt, że składa się z mieszaniny peptydów o różnych masach cząsteczkowych. Dlatego żelatyna jest szeroko stosowana w produkcji różnych produktów spożywczych, takich jak kapsułki i folie.

Wreszcie, zhydrolizowane kolageny składają się z amino­kwasów i peptydów o różnej długości (w tym dipeptydów i tripeptydów), które są odporne na proces hydrolizy wewnątrzkomórkowej, unikając ich degradacji przez peptydazy i ogólnoustrojowe enzymy hydrolityczne. W ten sposób peptydy z hydrolizowanych kolagenów mają wysoką biodostępność, co pozwala im dotrzeć do krwiobiegu, gromadząc się w tkance chrzęstnej i indukując syntezę ECM chrząstki poprzez stymulację chondrocytów.

Różnice w mechanizmach działania opisanych dla natywnych i zhydrolizowanych kolagenów mogą nawet teoretycznie uzasadniać potencjalne połączenie obu rodzajów kolagenów w celu zbadania uzupełniających się efektów.

Kolagen natywny

W swojej natywnej formie kolagen ma specyficzny mecha­nizm działania, w którym pośredniczy układ odporno­ściowy, znany jako tolerancja doustna. Tolerancja doustna została zdefiniowana jako aktywne tłumienie specyficznych odpowiedzi immunologicznych na antygeny po raz pierw­szy napotkane w przewodzie pokarmowym. Stanowi ona mechanizm immunologiczny odpowiedzialny za unikanie odpowiedzi immunologicznej na nieszkodliwe antygeny, takie jak białka żywności lub mikroorganizmy komensalne.

Mechanizm tolerancji doustnej został oceniony w celu opracowania alternatyw terapeutycznych dla chorób autoimmunologicznych. Nie dotyczy to OA, chociaż gromadzone dowody sugerują, że deregulacje odpowiedzi immunologicznej mają wpływ na patogenezę choroby wraz z innymi czynnikami mechanicznymi i biochemicznymi. Historycznie, OA była definiowana jako prosta degradacja chrząstki stawowej związana z procesem starzenia.

Póź­niej uznano, że choroba wpływa nie tylko na chrząstkę, ale na całą strukturę stawu, a zmiany strukturalne są napędzane nie tylko przez czynniki mechaniczne, ale także przez stan zapalny. Wykazano, że zapalenie jest wyzwalane i/lub wzmacniane przez odpowiedź immu­nologiczną przeciwko autoantygenom uwalnianym w wyniku degradacji tkanek stawów. Wykazano, że kolagen typu II (główne białko chrząstki stawowej) jest potencjalnym źródłem autoantygenów w OA. W konsekwencji, doustna tolerancja na kolagen typu II mogłaby teoretycznie mieć pozytywny wpływ na kontrolo­wanie stanu zapalnego w OA.

Hydrolizowane kolageny

Biodostępność aminokwasów i peptydów z hydrolizowa­nych kolagenów jest kluczowym aspektem wyjaśniającym działanie produktu na poziomie stawowym. Ogólnie rzecz biorąc, wykazano, że peptydy odporne na hydrolizę wewnątrzkomórkową mają niższą masę cząsteczkową i wykazują wyższą absorpcję jelitową. Poziomy dipeptydów pochodzących z kolagenu, takich jak Pro-Hyp i tripepty­dów, takich jak Pro-Hyp-Gly, wykryto we krwi układowej po godzinie od spożycia. Następnie peptydy te docierają do tkanek stawów, takich jak chrząstka, gdzie się gromadzą.

Badania in vitro wykazały, że peptydy kolagenowe w chrząstce wywierają różne efekty biologiczne, które mogą zależeć od profilu peptydowego i aminokwasowego zhy­drolizowanego kolagenu. Wszystkie te efekty sugerują, że hydrolizowany kolagen może promować naprawę chrząstki, działając jako chondroprotektor w OA.

Podsumowanie

Do tej pory opublikowano kilka badań klinicznych doty­czących stosowania kolagenu jako suplementu diety dla zdrowia stawów. W większości badań oceniano potencjał terapeutyczny natywnego kolagenu typu II lub hydrolizo­wanych kolagenów u pacjentów z chorobą zwyrodnieniową stawów. Oba rodzaje kolagenu były jednak również testo­wane u osób bez choroby zwyrodnieniowej stawów cierpią­cych na dyskomfort stawów.

kolagen kapsułka

Ogólnie rzecz biorąc, badania oceniające zastosowanie natywnego kolagenu typu II w OA wykazały pozytywne wyniki w zakresie łagodzenia bólu i poprawy funkcji sta­wów, chociaż istnieją ogromne różnice w projektach badań i metodologii.

W badaniach oceniających stosowanie hydrolizowanych kolagenów w OA można znaleźć ogromną zmienność, ponieważ zastosowano różne projekty, komparatory, dawki, schematy podawania (samodzielnie lub w połączeniu), pochodzenie i czas trwania badania, co utrudnia wycią­gnięcie ogólnych wniosków.

Pomimo ogromnych różnic metodologicznych, wszystkie badania wykazały przynaj­mniej częściowo pozytywne wyniki w zakresie ocenianych wyników. Parametry wykazujące najbardziej pozytywne wyniki w tych badaniach są związane ze zgłaszaną przez pacjentów poprawą symptomatologii OA, w tym funkcji, jakości życia i bólu. Chociaż w większości badań odnoto­wano poprawę w zakresie bólu i funkcji, dzienna dawka jest bardzo zróżnicowana.

Badania nad kolagenem wykazują ogromną zmienność między nimi, ale wszystkie testowane produkty, typy kolagenu i dawki wydają się przynosić pozytywne rezultaty (z wyjątkiem jednego badania) i nie zgłoszono żadnych kwestii bezpieczeństwa.

Podsumowując, dostępne dowody naukowe pokazują, że większość testowanych składników wydaje się przynosić pozytywne rezultaty, chociaż istnieje ogromna zmienność pod względem projektów badań, skutecznych dawek i mini­malnych okresów leczenia dla każdego składnika kolagenu.

Porównując kolagen natywny z kolagenem hydrolizowa­nym, istnieje wyraźna różnica w dawce terapeutycznej, która jest mniejsza w przypadku kolagenu natywnego (40 mg/dzień) w porównaniu z kolagenem hydrolizowanym (od 5 do 10 g/dzień). Może to mieć praktyczne implikacje w zakresie rozwoju galenowego, ponieważ wysokie dzienne dawki mogą ograniczać możliwość opracowania niektórych postaci, takich jak tabletki i kapsułki.

Daniel Martínez-Puig, Ester Costa-Larrión, Nuria Rubio-Rodríguez, Patricia Gálvez-Martín

Artykuł jest skróconą i uproszczoną wersją publikacji naukowej.

Bibliografia
  • Collagen Supplementation for Joint Health: The Link between Composition and Scientific Knowledge, Nutrients 2023, 15(6), 1332;
Autor publikacji:
Wczytaj więcej
Nasze magazyny