Uloga i primjena kolagena u starenju, zdravlju i njezi kože

Koža pruža aktivno sučelje (granicu) između unutarnjeg i vanjskog okruženja tijela čovjeka i omogućuje trajnu prilagodbu i aklimatizaciju organizma tijekom njegovog životnog vijeka.

Utjecaj starenja na izgled i funkciju kože posljednjih je desetljeća dobio sve veću pažnju u javnosti. Općenito je prihvaćeno da se foto-starenje kože razlikuje od kronološkog starenja kože [1]. Foto-oštećenje kože uzrokovano je sunčevim zračenjem, a uobičajeno je na koži koja je češće izložena suncu, pogotovo kože lica [2]. Stoga se starenje kože može spriječiti ili smanjiti foto-zaštitom. Uobičajeni klinički znakovi foto-agirane kože uključuju duboke i grube bore, opuštenost, suhoću i slanost kože [2,3]. Suprotno tome, kronološko starenje kože uzrokovano je vremenom i odvija se cijelo vrijeme na koži cijelog tijela, uključujući i kožu lica. Kronološki ostarjelu kožu karakteriziraju fine bore [3]. Smatra se da mladolik izgled ima važnu ulogu u održavanju samopoštovanja, samopouzdanja i kvalitete društvenih odnosa [4]. Stoga je sve veća potražnja za intervencijama protiv učinaka starenja kako bi se odgodili ili čak preokrenuli znakovi starenja kože.

Upotreba dodataka prehrani za poboljšanje izgleda i funkcije ostarjele kože sve je popularnija među stanovništvom. Mnoge komponente prehrane, poput polifenola [5], vitamina [6], masnih kiselina [7], minerala u tragovima [8] i proteina [9], pokazale su da imaju blagotvorno djelovanje na starenje kože te se koriste kao hranjiva ili funkcionalna sredstva u mnogim regijama svijeta. U posljednje vrijeme znanstveni istraživači su posvetili mnogo pažnje proteinima hidrolizatima kao potencijalnim korisnim dodacima prehrani. Kolagen je glavni strukturni protein različitih vezivnih tkiva poput kože, kostiju, hrskavice i tetiva, a široko se koristi u medicini i prehrambenoj industriji.

Kolagen peptidi (CP) su produkt enzimolize kolagena ili želatine i koriste se kao važne aktivne komponente zbog svoje bioaktivnosti, visoke bioraspoloživosti i dobre biokompatibilnosti [10,11,12]. Nekoliko studija pokazalo je korisne učinke konzumiranja CP-a na efekte starenja kože. Oralna primjena CP-a iz kože riba pokazala je očigledne zaštitne učinke na proces starenja kože, uključujući poboljšanje sposobnosti zadržavanja vlage, popravljanje endogenih proteinskih vlakana kolagena i elastina [13,14,15]. Osim toga, klinička ispitivanja pokazuju blagotvorne učinke unosa CP-a na kožu lica, uključujući poboljšanje elastičnosti kože lica, smanjenje suhoće kože i pojave nabora, te povećavanje količine kolagena u dermisu kože [16,17].

Goveđe kosti glavni su nusproizvodi u industriji za preradu proizvoda od goveda i široko se koriste kao sirovina za dobivanje visokokvalitetne želatine [18]. Iako postoje zabrinutosti zbog određenih bolesti (poput “kravljeg ludila”) u Europi i SAD-u, goveđe kosti su još uvijek jedan od najzastupljenijih izvora želatine i čine 23.1% svjetske proizvodnje želatine [19]. Stoga je goveđa kost obilna i visokokvalitetna sirovina koja se koristi za pripremu CP-a. Biološki učinak CP-a iz goveđe kosti uglavnom je koncentriran na njegov blagotvoran učinak na metabolizam kostiju, uključujući inhibiciju procesa gubitka kostiju i poboljšanje simptoma osteoartritisa [20,21].  U dodatku navedenome, priprema CP-a od goveđe kosti i daljnja znanstvena procjena njegovog utjecaja na starenje kože predstavljaju dobar način za korištenje industrijskih nusproizvoda kako bi se ostvarile ekonomske i ekološke dobrobiti za čovječanstvo.

Na funkcionalne aktivnosti hidrolizata ili peptida dobivenih iz životinjskih proteina uvelike utječe njihova molekularna struktura i težina, a navedeni su parametri pod velikim utjecajem uvjeta obrade i specifičnosti enzima [15,22]. Alkalaza je uobičajeni enzim za ovu namjenu i široko se koristi za pripremu hidrolizata ili peptida proteina. Također, koristi se i bakterijska kolagenaza, proteaza koja hidrolizira kolagen.

 

Svojstva kože

Ponavljamo. proces starenja kože sastoji se od kronološkog starenja i foto-starenja (uzrokovano sunčevim zračenjem) kože. Postoje neke razlike u kliničkim znakovima i temeljnim mehanizmima za ova dva procesa [23,24]. Uobičajeno je da kolagenski peptidi (CP) djeluju blagotvorno na posljedice foto-starenja kože. Opuštenost kože glavno je obilježje prirodnog starenja kože i povećava se s godinama [25].

Za kolagen, glavnu komponentu dermisa kože, se navodi da je koristan u smanjenju opuštenosti kože i smanjenju pojave bora [26,27]. U kronološki ostarjeloj koži dermalna vlakna kolagena postaju rijetka, fragmentirana i neorganizirana [28,29]. Međutim, unos CP-a dokazano je popravio stanje vlakana kolagena i vlakna su gušća i organiziranija u usporedbi sa kontrolnom grupom. Kolagen u koži čovjeka uglavnom se sastoji od kolagena tipova I i III. Proizvodnja kolagena i omjer kolagena tipa I naspram tipa III smanjuje se postupno s godinama [14,24,30,31].

Kolagen tipa I ima tendenciju tvorbe širih snopova vlakana, dok kolagen tipa III tvori uske snopove. Smanjenje promjera i broja snopova kolagena povezano je sa smanjenjem opterećenja i zateznom snagom primjećenim kod starenja kože [31]. Oralna primjena CP-a povećala je udio kolagena i omjer kolagena tipa I i III, što sugerira da su CP-i poboljšali opuštenost kože mijenjajući udjele kolagena u koži kvantitativno i kvalitativno. Prema rezultatima novijih znanstvenih studija zaključeno je da je oralno nadopunjavanje prehrane CP-ima blagotvorno djelovalo na kronološko starenje kožu poboljšavajući zategnutost kože.

Općenito je prihvaćeno da oksidativni stres igra presudnu ulogu u pokretanju signalnih događaja koji rezultiraju starenjem kože. Jedna znanstvena studija je izvijestila da je proizvodnja reaktivnih oksidacijskih vrsta (ROS) povećana tijekom i foto i kronološkog starenja kože [32]. Antioksidansi (sredstva za uklanjanje slobodnih radikala) poput askorbinske kiseline (vitamina C) i polifenola dokazano poboljšavaju posljedice starenja kože uklanjanjem prekomjernih količina ROS-a.

U normalnim okolnostima, endogeni antioksidativni enzimi mogu ukloniti prekomjerne količine ROS-a kako bi zaštitili kožna tkiva od oksidativnih procesa. Smanjene količine ROS u organizmu, a time i u koži, mogli bi blagotvorno djelovati na biosintezu kolagena i smanjiti razgradnju kolagena.

 

Zaključci

Mnogo različitih čimbenika pogoršava proces starenja kože, uključujući intrinzično starenje, utjecaj sunčevog zračenja i/ili prakticiranje neuravnotežene prehrane što dovodi do nedostatka mikronutrijenata koji su povezani sa tretmanom posljedica stresa [33-35]. Sve navedeno dovodi do pojačanog gubitka kolagena, ovisno o dobi i životnim navikama pojedinca.

Kolagen je presudni protein koji određuje fiziologiju kože, održavanje strukture kože i omogućavanje njezinih brojnih funkcija. Upravo kolagen u strukturi zadržava vodu i podržava glatku, čvrstu i jaku kožu. Struktura kolagena podsjeća na strukturu užadi. Tri se lanca obavijaju jedan oko drugog, tvoreći trostruku spiralu kolagena. Ti se građevni blokovi kombiniraju kako bi tvorili vlakna kolagena ogromne snage i vlačne sile [36-38].

Znanstvena istraživanja su pokazala da se smanjenje sinteze kolagena, koje je ovisno i o dobi, može preokrenuti konzumacijom specifičnih bioaktivnih kolagenskih peptida [36,39-43]. Ti se oligopeptidi dobivaju enzimskom hidrolizom prirodnog kolagena. Nakon primjene, oni se dalje metaboliziraju u bioaktivne di- i tri-peptide u gastro-intestinalnom (GI) traktu te se potom oslobađaju u krvotok i nakupljaju u koži kako bi tvorili biomatricu kolagena [36,39,41]. Tipični hidrogelati kolagena sastoje se od peptida različite duljine i, ovisno o izvoru kolagena, karakterizira ih specifičan sastav aminokiselina.

Vanjski i unutarnji životni čimbenici pokreću fiziološki proces starenja kože koji je povezan s usporavanjem stvaranja kolagena [44,45]. Dokazano je da udio kolagena u mladoj i zdravoj koži prelazi 75% [36-38,44,45]. Vlakna kolagena sintetiziraju se prvenstveno pomoću fibroblasta u dubljim slojevima kože. Pomlađivanje tog biomatriksa može se učinkovito poboljšati samo optimalnom opskrbom hranjivim tvarima koje dolaze do odredišta protokom krvi [34]. Tvorba kolagena smanjuje se tijekom starenja i biomatriks kože se počinje urušavati kada struktura kolagena izgubi čvrstoću i stabilnost [37,39,41,46]. Faktori poput sunčeve svjetlosti, pušenja, zagađenja okoliša, zlouporabe alkohola i nedostatka hranjivih sastojaka u prehrani mogu ubrzati ovaj proces [44,45]. Elastičnost se zatim smanjuje pa nastaju linije i bore.

Placebo-kontrolirano kliničko ispitivanje potvrdilo je da se starenje kože može usporiti korištenjem hranjivih sastojaka koji su u stanju obnoviti hidrataciju, elastičnost i gustoću kože. Objektivna dermatološka mjerenja dokazala su da peptidi kolagena zajedno s drugim dermo-nutrijentima značajno poboljšavaju hidrataciju kože, elastičnost, hrapavost i gustoću nakon tri mjeseca unosa.

Konačno, proučavani dodatak prehrani na bazi kolagena nije izazvao nikakve nuspojave te se pokazao sigurnim i dobro podnošljivim tijekom cijelog razdoblja primjene, kao i nakon tog. Peptidi kolagena i ostali hranjivi sastojci uzimani su oralno te su dokazani učinci dosezali dublje slojeve kože i održivo poboljšali fiziologiju i izgled kože [47,48].

 

Literatura

  1. Rittié L., Fisher G.J. Natural and sun-induced aging of human skin. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 2015;5:a015370. doi: 10.1101/cshperspect.a015370.
  2. Durai P.C., Thappa D.M., Kumari R., Malathi M. Aging in elderly: Chronological versus photoaging. Indian J. Dermatol. 2012;57:343–352.
  3. Helfrich Y.R., Sachs D.L., Voorhees J.J. Overview of skin aging and photoaging. Dermatol. Nurs. 2008;20:177–183.
  4. Dobos G., Lichterfeld A., Blume-Peytavi U., Kottner J. Evaluation of skin ageing: A systematic review of clinical scales. Brit. J. Dermatol. 2015;172:1249–1261. doi: 10.1111/bjd.13509.
  5. Chen J., Li Y., Zhu Q., Li T., Lu H., Wei N., Huang Y., Shi R., Ma X., Wang X., et al. Anti-skin-aging effect of epigallocatechin gallate by regulating epidermal growth factor receptor pathway on aging mouse model induced by d-Galactose. Mech. Ageing Dev. 2017;164:1–7. doi: 10.1016/j.mad.2017.03.007.
  6. Tran D., Townley J.P., Barnes T.M., Greive K.A. An antiaging skin care system containing alpha hydroxy acids and vitamins improves the biomechanical parameters of facial skin. Clin. Cosmet. Investig. Dermatol. 2015;8:9–17.
  7. Latreille J., Kesse-Guyot E., Malvy D., Andreeva V., Galan P., Tschachler E., Hercberg S., Guinot C., Ezzedine K. Association between dietary intake of n-3 polyunsaturated fatty acids and severity of skin photoaging in a middle-aged Caucasian population. J. Dermatol. Sci. 2013;72:233–239. doi: 10.1016/j.jdermsci.2013.07.006.
  8. Fanian F., Mac-Mary S., Jeudy A., Lihoreau T., Messikh R., Ortonne J.P., Sainthillier J.M., Elkhyat A., Guichard A., Kenari K.H., et al. Efficacy of micronutrient supplementation on skin aging and seasonal variation: A randomized, placebo-controlled, double-blind study. Clin. Interv. Aging. 2013;8:1527–1537. doi: 10.2147/CIA.S43976.
  9. Murata M., Satoh T., Wakabayashi H., Yamauchi K., Abe F., Nomura Y. Oral administration of bovine lactoferrin attenuates ultraviolet B-induced skin photodamage in hairless mice. J. Dairy Sci. 2014;97:651–658. doi: 10.3168/jds.2013-7153.
  10. Zhuang Y., Hou H., Zhao X., Zhang Z., Li B. Effects of collagen and collagen hydrolysate from jellyfish (Rhopilema esculentum) on mice skin photoaging induced by UV irradiation. J. Food Sci. 2009;74:H183–H188. doi: 10.1111/j.1750-3841.2009.01236.x.
  11. Zague V. A new view concerning the effects of collagen hydrolysate intake on skin properties. Arch. Dermatol. Res. 2008;300:479–483. doi: 10.1007/s00403-008-0888-4.
  12. Oesser S., Adam M., Babel W., Seifert J. Oral administration of 14C labeled gelatin hydrolysate leads to an accumulation of radioactivity in cartilage of mice (C57/BL) J. Nutr. 1999;129:1891–1895.
  13. Fan J., Zhuang Y., Li B. Effects of collagen and collagen hydrolysate from jellyfish umbrella on histological and immunity changes of mice photoaging. Nutrients. 2013;5:223–233. doi: 10.3390/nu5010223.
  14. Hou H., Li B., Zhang Z., Xue C., Yu G., Wang J., Bao Y., Bu L., Sun J., Peng Z. Moisture absorption and retention properties, and activity in alleviating skin photodamage of collagen polypeptide from marine fish skin. Food Chem. 2012;135:1432–1439. doi: 10.1016/j.foodchem.2012.06.009.
  15. Song H., Meng M., Cheng X., Li B., Wang C. The effect of collagen hydrolysates from silver carp (Hypophthalmichthys molitrix) skin on UV-induced photoaging in mice: Molecular weight affects skin repair. Food Funct. 2017;8:1538–1546. doi: 10.1039/C6FO01397J.
  16. 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;27:47–55. doi: 10.1159/000351376.
  17. Schwartz S.R., Park J. Ingestion of BioCell Collagen®, a novel hydrolyzed chicken sternal cartilage extract; enhanced blood microcirculation and reduced facial aging signs. Clin. Interv. Aging. 2012;7:267–273.
  18. Nur A.T., Che M.Y., Rn R.M.H., Aina M.A., Amin I. Use of principal component analysis for differentiation of gelatine sources based on polypeptide molecular weights. Food Chem. 2014;151:286–292.
  19. Ali M.E., Sultana S., Hamid S.B., Hossain M.A., Yehya W.A., Kader M.A., Bhargava S.K. Gelatin controversies in food, pharmaceuticals and personal care products: Authentication methods, current status and future challenges. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2016;29:1–17. doi: 10.1080/10408398.2016.1264361.
  20. Liu J., Wang Y., Song S., Wang X., Qin Y., Si S., Guo Y. Combined oral administration of bovine collagen peptides with calcium citrate inhibits bone loss in ovariectomized rats. PLoS ONE. 2015;10:e0135019. doi: 10.1371/journal.pone.0135019.
  21. Kumar S., Sugihara F., Suzuki K., Inoue N., Venkateswarathirukumara S. A double-blind, placebo-controlled, randomised, clinical study on the effectiveness of collagen peptide on osteoarthritis. J. Sci. Food Agric. 2015;95:702–707. doi: 10.1002/jsfa.6752.
  22. Humiski L.M., Aluko R.E. Physicochemical and bitterness properties of enzymatic pea protein hydrolysates. J. Food Sci. 2007;72:S605–S611. doi: 10.1111/j.1750-3841.2007.00475.x.
  23. Jenkins G. Molecular mechanisms of skin ageing. Mech. Ageing Dev. 2002;123:801–810. doi: 10.1016/S0047-6374(01)00425-0.
  24. Chung J.H., Seo J.Y., Choi H.R., Lee M.K., Youn C.S., Rhie G., Cho K.H., Kim K.H., Park K.C., Eun H.C. Modulation of skin collagen metabolism in aged and photoaged human skin in vivo. J. Investig. Dermatol. 2001;117:1218–1224. doi: 10.1046/j.0022-202x.2001.01544.x.
  25. Quan T., Fisher G.J. Role of age-associated alterations of the dermal extracellular matrix microenvironment in human skin aging: A mini-review. Gerontology. 2015;61:427–434. doi: 10.1159/000371708.
  26. Tanaka Y., Nakayama J. Upregulated expression of La ribonucleoprotein domain family member 6 and collagen type I gene following water-filtered broad-spectrum near-infrared irradiation in a 3-dimensional human epidermal tissue culture model as revealed by microarray analysis. Australas. J. Dermatol. 2017 doi: 10.1111/ajd.12604.
  27. Sadick N.S., Harth Y. A 12-week clinical and instrumental study evaluating the efficacy of a multisource radiofrequency home-use device for wrinkle reduction and improvement in skin tone, skin elasticity, and dermal collagen content. J. Cosmet. Laser Ther. 2016;18:422–427. doi: 10.1080/14764172.2016.1202419.
  28. Demaria M., Desprez P.Y., Campisi J., Velarde M.C. Cell autonomous and non-autonomous effects of senescent cells in the skin. J. Investig. Dermatol. 2015;135:1722–1726. doi: 10.1038/jid.2015.108.
  29. Zouboulis C.C., Boschnakow A. Chronological and photoaging of the human sebaceous gland. Clin. Exp. Dermatol. 2001;26:600–607. doi: 10.1046/j.1365-2230.2001.00894.x.
  30. Varani J., Dame M.K., Rittie L., Fligiel S.E., Kang S., Fisher G.J., Voorhees J.J. Decreased collagen production in chronologically aged skin: Roles of age-dependent alteration in fibroblast function and defective mechanical stimulation. Am. J. Pathol. 2006;168:1861–1868. doi: 10.2353/ajpath.2006.051302.
  31. Lovell C.R., Smolenski K.A., Duance V.C., Light N.D., Young S., Dyson M. Type I and III collagen content and fibre distribution in normal human skin during ageing. Br. J. Dermatol. 1987;117:419–428. doi: 10.1111/j.1365-2133.1987.tb04921.x.
  32. Callaghan T.M., Wilhelm K.P. A review of ageing and an examination of clinical methods in the assessment of ageing skin. Part I: Cellular and molecular perspectives of skin ageing. Int. J. Cosmet. Sci. 2008;30:313–322. doi: 10.1111/j.1468-2494.2008.00454.x. 
  33. Blume-Peytavi U., Kottner J., Sterry W., Hodin M.W., Griffiths T.W., Watson R.E., Hay R.J., Griffiths C.E. Age-Associated Skin Conditions and Diseases: Current Perspectives and Future Options. Gerontology. 2016;56(Suppl. 2):S230–S242. doi: 10.1093/geront/gnw003.
  34. Perez-Sanchez A., Barrajon-Catalan E., Herranz-Lopez M., Micol V. Nutraceuticals for Skin Care: A Comprehensive Review of Human Clinical Studies. Nutrients. 2018;10:403. doi: 10.3390/nu10040403.
  35. Zhang S., Duan E. Fighting against Skin Aging: The Way from Bench to Bedside. Cell Transpl. 2018;27:729–738. doi: 10.1177/0963689717725755.
  36. Sato K. The Presence of Food-Derived Collagen Peptides in Human Body-Structure and Biological Activity. Food Funct. 2017;8:4325–4330. doi: 10.1039/C7FO01275F.
  37. Cole M.A., Quan T., Voorhees J.J., Fisher G.J. Extracellular Matrix Regulation of Fibroblast Function: Redefining Our Perspective on Skin Aging. J. Cell Commun. Signal. 2018;12:35–43. doi: 10.1007/s12079-018-0459-1.
  38. Arseni L., Lombardi A., Orioli D. From Structure to Phenotype: Impact of Collagen Alterations on Human Health. Int. J. Mol. Sci. 2018;19:407. doi: 10.3390/ijms19051407.
  39. Zague V., de Freitas V., da Costa Rosa M., de Castro G.A., Jaeger R.G., Machado-Santelli G.M. Collagen Hydrolysate Intake Increases Skin Collagen Expression and Suppresses Matrix Metalloproteinase 2 Activity. J. Med. Food. 2011;14:618–624. doi: 10.1089/jmf.2010.0085.
  40. Schlippe G., Bolke L., Voss W. Einfluss oraler Einnahme von Kollagen-Peptiden auf relevante Parameter der Hautalterung: Hautfeuchtigkeit, Hautelastizität und Hautrauigkeit. Aktuelle Dermatol. 2015;41:529–534. doi: 10.1055/s-0034-1393066.
  41. Choi F.D., Sung C.T., Juhasz M.L., Mesinkovsk N.A. Oral Collagen Supplementation: A Systematic Review of Dermatological Applications. J. Drugs. Dermatol. 2019;18:9–16.
  42. Banerjee P., Shanthi C. Cryptic Peptides from Collagen: A Critical Review. Protein Pept. Lett. 2016;23:664–672. doi: 10.2174/0929866522666160512151313.
  43. Kim D.U., Chung H.C., Choi J., Sakai Y., Lee B.Y. Oral Intake of Low-Molecular-Weight Collagen Peptide Improves Hydration, Elasticity, and Wrinkling in Human Skin: A Randomized, Double-Blind, Placebo-Controlled Study. Nutrients. 2018;10 doi: 10.3390/nu10070826.
  44. Wong R., Geyer S., Weninger W., Guimberteau J.C., Wong J.K. The Dynamic Anatomy and Patterning of Skin. Exp. Dermatol. 2016;25:92–98. doi: 10.1111/exd.12832.
  45. Krutmann J., Bouloc A., Sore G., Bernard B.A., Passeron T. The Skin Aging Exposome. J. Dermatol. Sci. 2017;85:152–161. doi: 10.1016/j.jdermsci.2016.09.015.
  46. Herbig L.E., Kohler L., Eule J.C. High Resolution Imaging of the Equine Cornea Using the DUB((R))-SkinScanner v3.9. Tierarztl Prax Ausg G Grosstiere Nutztiere. 2016;44:360–367. doi: 10.15653/TPG-160344.
  47. Song H., Zhang S., Zhang L., Li B. Effect of Orally Administered Collagen Peptides from Bovine Bone on Skin Aging in Chronologically Aged Mice. Nutrients. 2017 Nov; 9(11): 1209. Published online 2017 Nov 3. doi: 10.3390/nu9111209
  48. Bolke L, Schlippe G, Gerss J, Voss W. A Collagen Supplement Improves Skin Hydration, Elasticity, Roughness, and Density: Results of a Randomized, Placebo-Controlled, Blind Study. Nutrients. 2019 Oct; 11(10): 2494. Published online 2019 Oct 17. doi: 10.3390/nu11102494