Зачем косметологу вводить питьевой коллаген в рацион пациента?
ЗАЧЕМ КОСМЕТОЛОГУ
ВВОДИТЬ
ПИТЬЕВОЙ КОЛЛАГЕН
В РАЦИОН ПАЦИЕНТА?
Коллаген – это белок, который составляет большую часть кожи, хрящей, суставов, сухожилий, волос, ногтей и других органов. Он является самым распространенным белком в нашем теле, его количество может достигать 30–40% от общего количества белка и 70% всех белков дермы. Процесс выработки коллагена энергозатратен для организма, и к 25 годам он значительно замедляется. Поэтому с возрастом кожа становится менее эластичной, суставы изнашиваются, а сухожилия теряют свою гибкость. При дефиците коллагена кожа теряет упругость, волосы становятся ломкими, а кости – более хрупкими.
В организме человека коллаген синтезируется из аминокислот, получаемых из белковой пищи, такой как красное мясо, курица, индейка, рыба, яйца, морепродукты и творог. Витамин C, цинк, селен, железо, кальций, магний и медь способствуют синтезу коллагена.
Эффективность приема коллагеносодержащих добавок зависит, прежде всего, не от количества, а от качества белка, получаемого с пищей. Также на синтез и усвоение коллагена влияют заболевания пищеварительного тракта, дефицит витаминов и минералов. Например, при недостатке витамина C синтез коллагена в организме невозможен, и прием любых добавок будет неэффективным.
Хотя польза добавок с коллагеном научно доказана, важно понимать, как коллаген усваивается организмом. Восполнение дефицита коллагена в
коже не основная цель организма, сначала он восполняет нехватку белка в других жизненно важных органах, таких как печень, суставы и сосуды, и только затем в коже. Поэтому при диагнозе L90.9 – атрофическое изменение кожи – косметологи назначают своим пациентам процедуры, стимулирующие синтетическую деятельность фибробластов для восполнения дефицита коллагена и улучшения внешнего вида пациентов. Эти процедуры включают позитивную (биоревитализация, мезотерапия, биореструктуризация) и негативную (игольчатый радиочастотный лифтинг, лазеротерапия, пилинги и т. д.) стимуляцию.
Часто такое целенаправленное лечение дает положительные результаты – кожа пациентов становится упругой и прочной, как в молодости. Однако встречаются и случаи недовольства пациентов результатами процедур. В таких ситуациях косметологам важно включить свое врачебное мышление и задать себе вопрос: почему нет адекватного дермального ответа? Возможно, коллагену просто не из чего собираться, у организма недостаточно ресурсов для этого, ему не хватает макро- и микроэлементов для сборки коллагеновых волокон. Это может зависеть от разных факторов, как внешних, так и внутренних [1, 2]. К внутренним факторам относятся и генетические особенности, в том числе обмен коллагена, к внешним – алиментарная нехватка белка в рационе. Знания особенностей обмена коллагена в коже могут помочь в выборе наиболее
эффективных процедур во врачебной косметологии и сделать шаг в сторону персонализированной и предиктивной медицины в рассматриваемой области медицинской науки [3].
Функция коллагена в коже
За механические свойства кожи в основном отвечает дерма, а за прочность – сеть коллагеновых волокон [4]. Биомеханические свойства кожи зависят от возраста пациента, толщины кожи, наполненности ее гиалуроновой кислотой и водой, а также от извитости коллагеновых волокон. Коллагеновые волокна обладают отличительной нелинейной эластичностью – усилением жесткости при деформации [5]. Сама механическая прочность фибриллярных коллагенов зависит от поперечных связей между фибриллами, которые образуются в процессе ферментативного действия членов семейства лизилоксидазы [6, 7].
В коже присутствуют несколько типов коллагена, которые имеют не только механическую функцию (поддержки клеток и тканей), но и функцию взаимодействия с клетками и влияния на различные клеточные процессы (миграция, пролиферация, дифференцировка) и процессы регенерации соединительной ткани [8]. Коллагеновые волокна регулируют пролиферацию, дифференцировку, миграцию и апоптоз клеток через предоставление клеткам топографических, биохимических и механических сигналов [9, 10].
Особенности структуры коллагена
В организме человека коллаген участвует в формировании волокнистых, микроволокнистых и других структур межклеточного матрикса и базальных мембран. Известно более 28 видов коллагенов и более 40 генов, кодирующих коллаген [11]. Все коллагены имеют три левозакрученные спирали, свернутые в правозакрученную суперспираль (рис. 1).
Основная структурная единица коллагена – тропоколлаген – имеет
Рис. 1. Строение молекулы коллагена
молекулярную массу 285 кДа [12]. Коллагенам при их открытии в тканях животных на уровне белка были присвоены римские цифры. Спираль коллагена состоит из полипептидной цепи, называемой α-цепью. Для систематизации множества генов коллагена была разработана номенклатура, указывающая конкретную α-цепь на основе типа коллагена, в которой она находится. Например, для коллагена I типа существуют две разные полипептидные цепи, и они будут указываться как α1(I)- и α2(I)-цепи, кодируемые генами COL1A1 и COL1A2 соответственно.
Основные типы коллагеновых волокон в дерме
Известно, что дерма состоит из двух слоев, отличающихся по строению и функционально. Сосочковый слой кожи играет ключевую роль в трофике эпидермиса и включает множество клеточных дифферонов с преобладанием аморфного вещества над волокнистым во внеклеточном матриксе [13, 14]. Сетчатый же слой дермы играет ключевую роль в формировании механических свойств кожи. В нем преобладает волокнистая структура, представленная толстыми пучками коллагеновых волокон, расположенных в разных направлениях. В норме коллагеновые волокна в сетчатом слое кожи более тонкие, имеют волнообразную и упорядоченную структуру, а в сосочковом
слое – более толстые фибриллы, располагающиеся более хаотично, формирующие рыхлый слой [15]. При патологии (в рубцах) отмечено параллельное расположение коллагеновых волокон, при этом в келоидных рубцах присутствуют более толстые молекулы коллагена. При старении организма накапливается балластный (недеградируемый) коллаген со сглаживанием границы дермально-эпидермального соединения [14, 15].
Все коллагены в зависимости от структуры макромолекулы и надмолекулярных образований подразделяются на фибриллярные (образующие волокна) и нефибриллярные семейства. Разные типы коллагена, представленного в коже, отличаются по аминокислотной последовательности молекулы тропоколлагена и посттрансляционным модификациям (по степени гидроксилирования и гликолизирования пролина и лизина). Основные типы коллагена, представленного в коже, это фибриллярные коллагены I, III, V типов, имеющие корзиночновидные переплетения. При этом коллагены I и III типов относятся к подсемейству интерстициальных коллагенов. Фибриллы обеспечивают возможность для прикрепления к различным макромолекулам (протеогликаны, фибронектин, интегрины и др.).
Основным структурным белком костей, кожи, связок и других соединительных тканей является коллаген I типа (он составляет 80–90% от общего коллагена кожи), состоящий чаще всего из
двух α1-цепей и одной α2-цепи. Это самый «древний» коллаген, обладающий наибольшей прочностью. Основные биомеханические свойства кожи обеспечивает коллаген I типа, а при нарушении его синтеза кожа становится менее прочной, дряблой, проявляется гравитационный птоз тканей лица.
Образование коллагенового волокна
Синтез коллагеновых волокон в коже осуществляется дермальными фибробластами, активированными TGFβ (фактор, регулирующий экспрессию, отложение и обмен белков). Дермальные фибробласты способны синтезировать волокна коллагена в большей мере, чем в других тканях, так как коллаген несет чрезвычайно важную структурную функцию в коже [16]. При этом важным условием инициации синтеза коллагена является достаточный уровень механического натяжения на фибробластах. Фибробласты также ответственны за деградацию волокнистых и аморфных белков межклеточного вещества, они осуществляют свою функцию, взаимодействуя с окружающей средой.
Образование коллагеновых волокон с дальнейшим объединением их в пучки фибрилл называется фибриллогенезом. Молекула коллагена очень чувствительна к однонуклеотидным вариантам (ОНВ) и мутациям в генах, отвечающих за его синтез и сборку (фолдинг). В результате мутационных и эпигенетических процессов формируется коллаген с нарушенными биомеханическими свойствами [17].
Синтез коллагеновых волокон – это сложный процесс, включающий несколько стадий, начинающийся в фибробласте (сборка полипептидной цепи на рибосомах фибробласта) и продолжающийся в межклеточном веществе. Сборка молекулы коллагена включает такие шаги, как ассоциацию, сворачивание, секрецию, обработку проколлагена и перекрестное сшивание молекул.
Синтез молекулы коллагена начинается с образования предшественника – проколлагена, состоящего из про-α-цепей. Сборка и правильная укладка проколлагена
происходит внутри эндоплазматического ретикулума [18]. Каждая цепь сворачивается в левозакрученную спираль, затем 3 α-цепи сходятся в С-концах с образованием дисульфидных связей. Структура из 3 цепей стабилизируется и сворачивается в правую тройную суперспираль. Направление сшивки происходит от С-конца к N-концу подобно застежке молнии [6]. Соединение трех α-цепей происходит за счет соединения С-концевых пропептидов, боковая ассоциация осуществляется в аппарате Гольджи, и затем тройные спиральные молекулы секретируются из клетки, а N- и С-концевые пропептиды удаляются.
После образования суперспирали протеинкиназы удаляют С- и амино- (N)-концевые большие глобулярные домены, между некоторыми остатками лизина и гидроксилизина образуются поперечные связи, и, таким образом, формируется трехспиральный мономер коллагена – тропоколлаген [19]. Молекула тропоколлагена транспортируется в сеть Гольджи, где она упаковывается в специальные секреторные везикулы, после чего секретируется во внеклеточную среду. Следует отметить, что аминокислота лизин самостоятельно не вырабатывается, является незаменимой аминокислотой и поступает в организм только с пищей или БАДами. Без незаменимых аминокислот лизина и гидроксилизина невозможна сборка тропоколлагена. В межклеточном веществе синтезируется тропоколлаген, который впоследствии собирается в фибриллы. Тропоколлаген представляет собой левозакрученную спираль, состоящую из трех α-цепей. При этом один виток спирали состоит из триады аминокислот (называемой коллагеновым доменом), в которых третья аминокислота всегда глицин, вторая или первая – пролин или гидроксипролин, вместо пролина и гидроксипролина может быть любая другая аминокислота [20]. Пролин или гидроксипролин обеспечивают стабильность третичной структуры молекулы коллагена. Таким образом, глицин занимает около трети всех аминокислот, а пролин и гидроксипролин вместе – около 23%. При этом из всех запасов гидроксипролина организма около 99,8% содержится в коллагене.
Важность пролина в синтезе коллагена
Для синтеза коллагенового волокна важно достаточное количество специфичных для коллагена аминокислот, поступающих с пищей. При алиментарной недостаточности белка в пище и дефиците L-лизина и L-пролина, которые являются предшественниками гидроксилизина и гидроксипролина, невозможна нормальная сборка тропоколлагена и третичной структуры коллагена [21].
Важность пролина в синтезе коллагена доказывают исследования нарушения функции пролидазы (фермент, освобождающий пролин), которое имеет место при ряде дерматологических симптомов, связанных с дефицитом пролина [22]. Эндогенного синтеза пролина может быть недостаточно для обеспечения всех потребностей при синтезе коллагена. Для синтеза коллагенового волокна важно достаточное количество специфичных коллагену аминокислот, поступающих с пищей.
При использовании мезотерапии (или биоревитализации) с целью повышения качества и количества коллагеновых волокон в коже важно достаточное содержание специфичных аминокислот, поступающих с пищей. Протекание биохимических реакций синтеза коллагеновых волокон требует также отсутствия дефицитов витаминов и минералов, участвующих на различных посттрансляционных этапах фибриллогенеза.
Одна из важных посттрансляционных реакций, влияющих на характеристику коллагенового волокна, – реакция гидроксилирования пролильных и лизильных остатков. При этом на каждом этапе требуются свои специфические ферменты, например: пролингидроксилаза необходима для гидроксилирования пролина. В структуре фермента пролингидроксилазы в центре находится железо, меняющее свою валентность, а вслед за этим меняется и активность фермента. Окисление в двухвалентное железо обеспечивается витамином С и активностью пролингидроксилазы. Соответственно без витамина С невозможна сборка прочного коллагенового волокна, образуется рыхлый коллаген.
При этом лизилоксилаза требует присутствия ионов Cu2+, поэтому при дефиците меди может нарушаться сшивка молекул коллагена без нарушения образования коллагеновых волокон [23]. Окисление остатков лизина необходимо для образования поперечных связей, стабилизирующих фибриллы и коллагеновые волокна [24]. Примером нарушения реакций гидроксилирования является цинга, когда в условиях дефицита витамина С происходит нарушение образования двухвалентного железа, вслед за ним – нарушение активности гидроксилаз и как следствие образование «рыхлого» коллагена [25]. Также дефицит витамина С может оказывать ингибирующее влияние на синтез коллагена и протеогликанов через инсулиноподобный фактор роста 1. Нормальная сборка коллагенового волокна без достаточного количества витамина С невозможна. Именно поэтому в рационе пациента должно быть достаточно коллагена I и III типов, незаменимых аминокислот и витамина С для правильной сборки коллагенового волокна при выполнении курса стимулирующих косметологических процедур.
В межклеточном веществе происходит формирование третичной структуры – спонтанное объединение молекул коллагена в более крупные молекулы (шестиугольной или псевдошестиугольной конструкции). Этот процесс происходит с помощью белков
и гликопротеинов нескольких классов, включая другие виды коллагена. Фибробласты за счет молекул клеточной адгезии и дендритных расширений взаимодействуют с фибриллами коллагена и способствуют формированию сетчатой структуры из коллагеновых молекул, после чего фибриллы стабилизируются с помощью нековалентных взаимодействий. Молекулы тропоколлагена собираются в микрофибриллы (по 5 штук), затем в фибриллы и коллагеновые волокна [26].
Регуляция биосинтеза коллагена
В среднем физиологическое обновление коллагеновых волокон в коже происходит за 40–60 дней, что зависит от слоя (скорость обновления выше в сосочковом слое, чем в сетчатом) и состояния межклеточного матрикса (концентрация протеогликанов и витаминов, уровня кислотности). Угнетение синтеза коллагеновых волокон происходит при старении, а также под действием факторов внешней среды, – в частности, под действием УФ-излучения угнетается экспрессия генов коллагена I и III типов и усиливается протеолитическая активность ферментов [27].
Контроль осуществляется на всех этапах синтеза коллагена за счет регуляции действия ферментов, активность
Рис. 2. Препарат PROLIFEANDSKIN®
которых может зависеть от содержания различных кофакторов, таких как железо, аскорбиновая кислота, медь, кальций, магний и др. Так, синтез протеогликанов фибробластами является магнийзависимым процессом, а на фоне дефицита магния происходит усиление деградации коллагеновых волокон и поперечных сшивок в них. Некоторые неферментативные модификации, такие как гликирование, окисление и хлорирование, могут быть внеклеточными регуляторными механизмами, влияющими на архитектуру и стабильность тканей.
Влияние приема гидролизованного коллагена PROLIFEANDSKIN® на результат процедур
Препарат PROLIFEANDSKIN® – это сухой гидролизованный говяжий коллаген I и III типов для приема внутрь (рис. 2). Производится на территории РФ из высококачественного бразильского и европейского сырья путем энзимного гидролиза, за счет чего максимально биодоступен и эффективен. Состав продукта: 95% сухого коллагена, витамин С в форме L-аскорбата кальция и диоксид кремния. Не содержит сахара (в том числе и скрытого). Эффективность коллагена PROLIFEANDSKIN® подтверждена в клиническом исследовании [28].
При оценке гистологии образцов «до/после» в группе пациенток, не принимавших пищевой гидролизованный коллаген (ПГК), на подвергшейся обработке коже после курса процедур отмечено улучшение дифференцировки слоев многослойного плоского ороговевающего эпителия с уменьшением спонгиоза базального слоя относительно гистологических образцов, взятых до процедуры (рис. 3).
Однако в ходе морфологических исследований биоптатов кожи в группе пациенток, принимавших ПГК, обнаружены дополнительные и более выраженные изменения, полученные в ходе курса процедур, чем в группе, не получавшей ПГК. В поверхностных слоях дермы принимавших ПГК пациенток на обработанной стороне после
Рис. 3. Гистологическое исследование кожи шеи пациентки 42 лет, не принимавшей питьевой гидролизованный коллаген, получившей курс биоревитализации до начала курса процедур (А) и спустя шесть недель после первой процедуры (Б). Обработанная сторона. Наблюдается улучшение дифференцировки слоев многослойного плоского ороговевающего эпителия, уменьшение спонгиоза базального слоя. Обозначения: 1 – эпидермис; 2 – дерма; 3 – участки спонгиоза базального слоя; 4 – роговые чешуйки; 5 – коллагеновые волокна с преобладанием эластических волокон; 6 – соединительная ткань и коллагеновые волокна. Окраска по методу Ван Гизона. Увеличение x10
курса процедур отмечено уменьшение слабоочаговой воспалительной круглоклеточной инфильтрации, в глубоких слоях – более оформленные коллагеновые волокна с уменьшением признаков гиалиноза (рис. 4).
По результатам исследования в коже пациенток, получавших ПГК PROLIFEANDSKIN®, наблюдались более значительные изменения на уровне эпидермиса и дермы относительно групп, не получавших ПГК. Ссылаясь на полученные данные, можно сделать вывод об усилении эффективности инъекционных процедур, направленных на улучшение качества кожи при применении ПГК.
Опираясь на данные исследования, возможно сделать практический вывод, что назначать прием ПГК перед инъекционными процедурами по улучшению качества кожи рекомендовано за 60– 90 дней до начала курса процедур.
И в заключение
На основании вышесказанного можно сделать вывод, что алиментарная нехватка железа, магния, меди, кальция, аскорбиновой кислоты совместно с нехваткой аминокислот: лизина (гидроксилизина), пролина (гидроксипролина) ведут к раннему старению,
Рис. 4. Гистологическое исследование кожи шеи пациентки 61 года, принимавшей питьевой гидролизованный коллаген, получившей биоревитализацию, до начала курса процедур (А) и спустя шесть недель от первой процедуры (Б). Значительно уменьшились явления атрофии, акантоза, количество слоев клеток многослойного плоского эпителия увеличилось (1). Эпидермальный переход стал значительно лучше визуализироваться, уменьшилось количество макрофагов, лимфоцитов, соединительная ткань и коллагеновые волокна без признаков гиалиноза, уплотнения, уменьшилось количество разнонаправленных эластических волокон (2)
провисанию и дряблости кожи, появлению множественных морщин (ввиду нарушенной архитектуры и стабильности коллагеновых волокон в дерме, связках и т.д.).
Соответственно, независимо от того, какие косметологические процедуры (с позитивной или негативной стимуляцией) выполняются пациенту, без необходимых ингредиентов для сборки физиологически нормальных коллагеновых волокон (незаменимые аминокислоты лизин (гидроксилизин), пролин (гидроксипролин) и др.), без достаточного количества витамина С, магния и железа такая сборка будет просто невозможна.
Мы можем наблюдать ряд пациентов, находящихся на курсовом лечении по редермализации кожи без выраженной позитивной динамики и низкой удовлетворенности процедурами и назначениями врача ввиду невозможности правильной сборки коллагеновых волокон из-за банальной нехватки витаминов, аминокислот и микроэлементов.
Ускоренный ритм жизни, вегетарианство, болезни ЖКТ, паразитарные инвазии и другие проблемы жителя мегаполиса ведут к синдрому раннего старения организма и ранним дегенеративным изменениям кожи.
Синтез коллагена – это сложный многоступенчатый процесс. Организму нужна слаженная работа всех ключевых агентов в процессе фибриллогенеза и достаточность всех необходимых нутриентов (аминокислот, коллагена I и III типов, витамина С и необходимых микроэлементов, о которых было сказано ранее) для протекания биохимических процессов. Любой сбой может приводить к снижению синтеза и/или сборки коллагеновых волокон в коже с нарушенными характеристиками.
Только трезвый взгляд врача-косметолога на ситуацию алиментарной нехватки нутриентов у пациента и назначение БАДов в виде коллагена I и III типов совместно с витамином С в необходимом количестве и всех перечисленных ранее микроэлементов дают возможность сбалансировать процессы и получить адекватный и стойкий результат после косметологических процедур.