Всичко, което трябва да знаете за колагена и възстановяването на тъканите

Колагенът е най-разпространеният протеин в тялото ни и представлява около 25-30% от неговия протеинов състав. Колагенът има структурна роля и допринася за механичните свойства, организацията и формата на тъканите в нашето тяло. Има 28 вида колаген (напоследък се говори и за 29-т), които се обозначават с римски цифри от I–XXVIII. (1) В организма ни най-изобилстващи са колаген I, II, III , IV и V, като колаген тип I представлява около 90% от всичкия колаген в тялото ни. (2) Колагенът идва от гръцката дума “kólla”, която означава лепило. Колагенът е основен компонент от съединителната ни тъкан. (3, 4)

Структурата на съединителната ни тъкан, включително хрущялите, сухожилията, връзките, както и много органи като кожата, сърцето, черния дроб, бъбреците, белите дробове, кръвоносните съдове и костите ни, зависи от колагена. На снимката можете да видите различните тъкани и типа колаген, който доминира в тях (5).

Колаген тип I се намира в кожата, сухожилията, мускулите, сърцето, кръвоносните съдове, органите, костите.

Колаген тип II се намира основно в хрущялната тъкан.

Колаген тип III обикновено присъства заедно с колаген тип I и е около 10-15% от колагена в кожата.

Колаген тип V доминира в косата и в ноктите.

Какво се случва с колагена в процеса на остаряване?

Още в ранна зряла възраст, фибробластите, които са най-разпространения тип клетки в съединителната тъкан и произвеждат колаген тип I, III, и IV (както и др.), започват да стават по-малко активни и продукцията на колаген намалява с около 1.0%-1.5% на година (6). Този темп може да бъде ускорен, ако в живота ни присъстват някои нездравословни навици като тютюнопушенето и нездравословното хранене. Прекомерното излагане на слънчева светлина, също се смята за един от външните фактори, които могат да ускорят намалената продукция на колаген.

Интересен факт е, че съотношението на типовете колаген в кожата се променя, както с възрастта, така и при наличие на някакво нараняване. Пропорцията между типовете колаген, в кожата, се променя с възрастта. Кожата на млад човек се състои от около 80% колаген тип I и 10-15% колаген тип III. С възрастта способността да се възстановява колагенът намалява с 1.0%-1.5% на година.

Колагенът има полуживот измерен в години, като този на колагена в кожата е приблизително 15 години. Това означава, че този протеин, който е около 1/3 от протеините в тялото ни е изложен на дългосрочен клетъчен стрес. Колагеновите влакна се повреждат с времето и в зависимост от начина ни на живот, което намалява и способността им да функционират оптимално. Един от факторите, който оказва влияние върху повредата на колагена е оксидативният стрес, за който писах в тази статия. Оксидативният стрес е този, който оказва влияние върху фибробластите, които загубват способността си да се делят, а съответно това намалява способността да възстановяват повредения колаген (7). Това от своя страна променя функцията и структурата на тъканите.

Какво се случва с колагена след травма?

Различни видове травми на тъканите, също оказват влияние върху съотношението на типовете колаген. Смята се, че интегритета и структурата на новата тъкан, никога не се връщат на 100% до тези на ненаранената тъкан. Ориентацията и подредбата на колагеновите влакна след нараняване се различават от това при здрава (ненаранена тъкан). След контузия съединителната тъкан се възстановява на три или четири фази (има различни модели ) (8, 9, 10, 11).

При първата фаза се наблюдава образуването на т.нар. фиброзен белег, който „залепя“/ затваря нараненото място. Това е фазата, при която се наблюдава възпалителен отговор – болка, подуване, зачервяване. Тази фаза продължава от 3 до 7 дни. На този етап се наблюдава и увеличаване на колаген тип III, което се смята и за сигнал, че трябва да започне следващата фаза. Всеки, който е имал дори лека травма, знае, че първите дни винаги са най-болезнени и възпалителната реакция е най-силна.

Следващата фаза е тази на „поправяне“/ възстановяване. Фазата, на която се наблюдава увеличаване броя на клетките, които изграждат съответната тъкан, в следствие на тяхното делене. Тук все още се наблюдават завишени нива на колаген тип III, което се смята за индикатор на някаква патология – т.е. някакво нарушение. На тази фаза се образуват колагенови снопове, което увеличава дебелината и здравината на тъканта . Тази фаза започва малко след първата и продължава през следващите 4-6 седмици, в зависимост от сериозността на травмата. По време на тази фаза трябва да се внимава с прилагането на външни натоварвания, защото новата тъкан все още не е достатъчно здрава, за да понесе силен механичен стимул. Ако се замислите, това е причината при много от травмите, периодът на ограничаване на физическата активност да е между 4-6 седмици.

Третата фаза започва в края на предходната (4-6 седмици) и може да продължи между 1 до 3 години. Това е фазата на ремоделиране и съзряване на колагеновите влакна. Типът, количеството и организацията на колагена се променя през различните фази на заздравяване, което определя и здравината на възстановяващата се тъкан. Тук се случва нещо интересно – колаген тип III, който изобилства през първите две фази, бива заместен от колаген тип I. Смята се, че колаген тип III е по-слаб от колаген тип I или по-точно казано Колаген тип I осигурява сила и стабилност, а колаген тип III е свързан с еластичността на тъканите. (12, 13)

На този етап е много важно механичното натоварването. Тъй като, колагеновите фибри се организират (подреждат) в зависимост от механичния стимул, който получават – т.е. физическото напрежение посредством движението (дали ще е рехабилитация, тренировка или ежедневни дейности). (14, 15) А подредбата на колагеновите влакна има много важна роля за механичните свойства на тъканите, а съответно и за движенията ни.

Защо третата фаза на възстановяване е толкова важна?

Много хора пренебрегват третата фаза, защото силната болка вече отшумява. Започваме да възвръщаме много от ежедневните си движения и смятаме, че сме възстановени. Но, както видяхте по-горе, в зависимост от сериозността на травмата, тази фаза на възстановяване може да продължи до три години. Затова е важно да не неглижираме процеса на рехабилитация. Това е дозираният механичен стимул, който травмираната тъкан получава, а това от своя страна изпраща сигнал за ориентацията на колагеновите влакна, които се организират по посока на оста на натоварването. (15)

Преди няколко години, когато посетих семинара на д-р Андрео Спина (тук писах повече), той спомена, че рехабилитацията и тренировките са едно и също нещо в двата края на един спектър. Рехабилитацията е механичният стимул, от който имаме нужда след контузия, за да възстановим капацитета на тъканта да понася натоварване. Колкото повече се възстановява този капацитет, толкова повече се приближаваме към тренировката, чиято роля е да надгради способността на тъканта да бъде натоварвана, така че контузията да не се повтаря.

Кои са факторите, които водят до увреждане на колагена?

– оксидативният стрес, за който споменах. Ако темата ви е интересна, прочетете статията.

– тютюнопушенето – то намалява темпът за синтезиране на колаген тип I и колаген тип III, което оказва влияние върху структурата на тъканите. (17)

 -нездравословното хранене и хронично завишените нива на кръвната захар – това води до образуването на крайни продукти на напреднала гликация (AGEs). Това е процес, при който протеините и мазнините се свързват със захарта, в отсъствието на ензим, който да контролира реакцията. Казано на още по-достъпен български 😊 – протеините и мазнините се захаросват, което изобщо не е добре за тялото, защото възпрепятства нормалното функциониране. Знаем, че колагенът е протеин, което означава, че и той бива захаросан, при хронично завишени нива на кръвната захар.

AGEs са биомаркер, който се свързва с процеси на стареенето и различни заболявания, сред които е диабетът. Тук можете да прочетете статията, които написах за появата на бръчки и остаряването на кожата, както и за побеляването на косата. А тук статията за регулирането на нивата на кръвната захар.

-прекомерното излагане на слънчева светлина – в тази статия писах повече за фотостареенето. Тук ще спомена, че при фотостареенето се наблюдава намаляване на колаген тип 7, а това е свързано с появата на бръчки.

Виждате, че колагенът е важен структурен елемент за много от тъканите ни. Начинът ни на живот може да ускори увреждането на колагена, което означава, че се нарушават структурата и функцията на тъканите, чиито интегритет зависи от този протеин. Абонирайте се за нюзлетъра ми, за да получавате новите статии. 

Използвана литература:

1.Ricard-Blum S. The collagen family. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2011 Jan 1;3(1):a004978. doi: 10.1101/cshperspect.a004978. PMID: 21421911; PMCID: PMC3003457.

2. Wu M, Cronin K, Crane JS. Biochemistry, Collagen Synthesis. [Updated 2023 Sep 4]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK507709/

3. Shenoy M, Abdul NS, Qamar Z, Bahri BMA, Al Ghalayini KZK, Kakti A. Collagen Structure, Synthesis, and Its Applications: A Systematic Review. Cureus. 2022 May 9;14(5):e24856. doi: 10.7759/cureus.24856. PMID: 35702467; PMCID: PMC9177216.

4. Naomi R, Ridzuan PM, Bahari H. Current Insights into Collagen Type I. Polymers (Basel). 2021 Aug 9;13(16):2642. doi: 10.3390/polym13162642. PMID: 34451183; PMCID: PMC8399689.

5. Singh D, Rai V, Agrawal DK. Regulation of Collagen I and Collagen III in Tissue Injury and Regeneration. Cardiol Cardiovasc Med. 2023;7(1):5-16. doi: 10.26502/fccm.92920302. Epub 2023 Jan 20. PMID: 36776717; PMCID: PMC9912297.

6. Dick MK, Miao JH, Limaiem F. Histology, Fibroblast. [Updated 2023 May 1]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK541065/

7. Reilly DM, Lozano J. Skin collagen through the lifestages: importance for skin health and beauty. Plastic and Aesthetic Research. 2021; 8: 2. http://dx.doi.org/10.20517/2347-9264.2020.153

8. Wallace HA, Basehore BM, Zito PM. Wound Healing Phases. [Updated 2023 Jun 12]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK470443/

9. Mathew-Steiner SS, Roy S, Sen CK. Collagen in Wound Healing. Bioengineering (Basel). 2021 May 11;8(5):63. doi: 10.3390/bioengineering8050063. PMID: 34064689; PMCID: PMC8151502.

10. Soliman AM, Barreda DR. Acute Inflammation in Tissue Healing. Int J Mol Sci. 2022 Dec 30;24(1):641. doi: 10.3390/ijms24010641. PMID: 36614083; PMCID: PMC9820461.

11. Grubbs H, Manna B. Wound Physiology. [Updated 2023 May 16]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2024 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK518964/

12. Kim HY, Im HY, Chang HK, Jeong HD, Park JH, Kim HI, Yi HS, Kim YS. Correlation between Collagen Type I/III Ratio and Scar Formation in Patients Undergoing Immediate Reconstruction with the Round Block Technique after Breast-Conserving Surgery. Biomedicines. 2023 Apr 4;11(4):1089. doi: 10.3390/biomedicines11041089. PMID: 37189707; PMCID: PMC10135880.

13. Singh D, Rai V, Agrawal DK. Regulation of Collagen I and Collagen III in Tissue Injury and Regeneration. Cardiol Cardiovasc Med. 2023;7(1):5-16. doi: 10.26502/fccm.92920302. Epub 2023 Jan 20. PMID: 36776717; PMCID: PMC9912297.

14. Han L, Lin J, Du C, Zhang C, Wang X, Feng Q. Effect of Mechanical Microenvironment on Collagen Self-Assembly In Vitro. J Funct Biomater. 2023 Apr 21;14(4):235. doi: 10.3390/jfb14040235. PMID: 37103325; PMCID: PMC10141345.

15. Lin J, Shi Y, Men Y, Wang X, Ye J, Zhang C. Mechanical Roles in Formation of Oriented Collagen Fibers. Tissue Eng Part B Rev. 2020 Apr;26(2):116-128. doi: 10.1089/ten.TEB.2019.0243. Epub 2020 Jan 6. PMID: 31801418.

16. Knuutinen A, Kokkonen N, Risteli J, Vähäkangas K, Kallioinen M, Salo T, Sorsa T, Oikarinen A. Smoking affects collagen synthesis and extracellular matrix turnover in human skin. Br J Dermatol. 2002 Apr;146(4):588-94. doi: 10.1046/j.1365-2133.2002.04694.x. PMID: 11966688.