Proč vaše tělo potřebuje kolagen

Co je kolagen?

Ve skutečnosti kolagen není jediný protein, ale velká rodina 28 proteinů, nejhojnějších u savců. Kolagen tvoří 30 % všech našich bílkovin. Zástupci této čeledi tvoří základ všech strukturních struktur našeho těla, určují mechanické vlastnosti tkání a jejich tvar.

Kolageny nejsou nějaký nudný řetězec aminokyselin. Přicházejí ve formě nití, korálkových provázků, sítí atd. A to všechno jsou dlouhověké veverky, ne jednodenní. Jejich tvar se může měnit a s věkem se zvyšuje stupeň glykace – v tomto případě se tvoří příčné vazby mezi různými částmi bílkoviny a kolageny jsou tužší. Není divu, že čím je člověk starší, tím jsou jeho pojivové tkáně méně plastické a méně elastické.

Všechny kolageny mají společnou vlastnost – jde o trojšroubovici tří polypeptidových alfa řetězců, kterou drží pohromadě aminokyseliny glycin, prolin a hydroxyprolin.

Podle článku publikovaného v roce 2011 v časopise Cold Spring Harbor Perspectives in Biology je do něj kolagen I z 96 % stočen a kolagen XII pouze z 10 %. Přesto je trojitá šroubovice jejich konstrukčním znakem.

Ne všechny proteiny s takovou trojšroubovicí jsou však kolageny! Říká se jim proteiny podobné kolagenu.

Primární šroubovice se stáčí do beta-helixu a tři takové beta-helixy se stáčejí do nové šroubovice a jsou v ní fixovány, spojují se do šroubovicových fibril, které zase tvoří kolagenová vlákna, která jsou rovněž stabilizována příčnými vazbami. Není divu, že tak složitá struktura má vysokou pevnost.

Kolagen produkují fibroblasty (buňky kůže), osteoblasty (buňky kostí) a chondroblasty (buňky chrupavky) atd. Životnost různých typů kolagenu se pohybuje od několika dnů do jednoho roku. K štěpení „odpadního“ kolagenu máme speciální enzymy, které jej v několika fázích rozkládají na oligopeptidy – malé bílkoviny o několika aminokyselinách.

Čím je člověk starší, tím pomaleji probíhá jeho metabolismus kolagenu. Jak jsme si řekli výše, s věkem se zvyšuje počet příčných vazeb mezi fibrilami a řetězci a molekuly kolagenu se stávají nedostupnými pro enzymy, které by je měly rozkládat.

Protažením pojivové tkáně se aktivuje syntéza kolagenu a elastinu a kolagenu se syntetizuje 3x více. Toto je mechanismus působení protahovacích cvičení.

Extracelulární matrix – kolagenové prostředí

Lidem, kteří studovali biologii na střední škole a něco si z ní zapamatovali, se tělo zdá být souborem buněk zabalených do samostatných tkání, orgánů, částí těla. Málokdo si pamatuje, že naše tělo není stavebnice Lego, ale komplexní systém s dokonalými mechanismy pro interakci mezi miliony různých buněk a synchronizaci jejich životní činnosti. K zajištění takové synchronizace, ke sjednocení jednotlivých buněk do jediného organismu, je potřeba jediné prostředí. Takovým médiem je extracelulární matrix (ECM).

V 80. letech 20. století vědci A. Pischinger a H. Heine formulovali teorii extracelulární matrix, ve které dokázali, že kolagenový systém hraje informační roli a dokonce určuje vývoj tkání a orgánů. Během experimentů vedla destrukce kolagenu k poruchám při tvorbě epiteliálních buněk rohovky oka, ledvin, plic, slinných žláz, kůže, svalů atd. Kolagen také přispívá k tvorbě krevních sraženin při krevním nádoby jsou poškozené.

ECM je trojrozměrná síť velkých molekul, které strukturují prostor kolem buněk, vytvářejí pro ně nejen mechanickou podporu, ale také vytvářejí atmosféru, která vyživuje, informuje a reguluje jejich život. Každý orgán má svou vlastní organizaci ECM, to znamená, že je orgánově specifický, a přesto ECM tvoří jediný prostor našeho těla.

Kolageny jsou hlavní strukturální složkou ECM. Právě kolageny a další protein – elastin – tvoří vlákna – matricovou mřížku. Zbytek prostoru vyplňuje koloidní roztok obsahující desítky biologicky aktivních látek.

V červnu 2021 publikovali vědci z Northeastern University článek navrhující změnit tuhost kolagenové struktury dýchacích cest k léčbě astmatu. Ve skutečnosti se zvýšením rigidity ECM zužují dýchací cesty rychleji a pevněji, což přispívá k exacerbaci onemocnění. Pokud se podaří najít způsob, jak zabránit změnám tuhosti ECM, pak by se z toho mohla stát nová metoda terapie.

Kosti, svaly, vazy, kůže…

Kolagen je základem pojivové tkáně. To znamená, že je ho hodně v kostech, vazech a šlachách, ve svalech, ve stěnách cév a v kůži.

Právě kolagen omezuje natahování tkání. Normálně ve stěnách krevních cév, v tkáních šlach, vazů nejsou kolagenová vlákna přítomna ve formě sítě, ale ve formě podlouhlých fibril a nejsou pevně sbalena. Pokud je tkanina napnutá, vlákna se narovnají a prodlouží, ale ne více než o 10-20%.

Fyzická aktivita a pohyb snižují počet příčných vazeb mezi kolagenovými řetězci. Za prvé vám nedovolí „zkostnatění“ s věkem a za druhé zvyšuje intenzitu obnovy kolagenu.

V kostech je kolagen zabalen jinak. U plochých a tubulárních kostí je kostní tkáň lamelární. Kolagenová vlákna jsou přísně orientována: ve střední části jsou vlákna umístěna podél a na okraji – napříč nebo pod úhlem. To vytváří jedinou kostní strukturu vysoké pevnosti.

V kůži je kolagen organizován do trojrozměrné sítě ve tvaru diamantu, která je nejrozvinutější tam, kde zažíváme neustálý tlak: plosky nohou, lokty, dlaně. Tkaní sítě nám umožňuje pohyb v „kožené tašce“, aniž bychom zažili nějaké omezení – kůže se snadno natahuje a sbírá zpět.

Kolagen je termolabilní. To znamená, že se při ochlazení smršťuje a při zahřívání se rozpíná (uvolňuje). Důvodem jsou molekuly vody. Po ochlazení se zabudují do molekuly kolagenu a napnou ji: svazek kolagenu o délce 1 mm se zmenší o 0,1 µm, když teplota klesne o 1 °C.

Tato vlastnost nám zajišťuje kožní reakci na změny teploty. V kůži nemáme termoreceptory. Tento kolagen reaguje na chlad a teplo a aktivuje kožní mechanoreceptory, které vysílají signál do mozku.

Co se stane, když je kolagenu příliš mnoho?

To je také špatné. Nejviditelnějším a nejrelevantnějším příkladem je v současnosti plicní fibróza u COVID-19.

Ještě na jaře roku 2020, na začátku pandemie, lékaři zjistili, že COVID-19 se vyznačuje rozvojem fokální a diskontinuální intersticiální fibrózy, což potvrdily studie německých vědců zveřejněné na podzim téhož roku. To znamená, že v některých oblastech plic postižených virem SARS-CoV-2 dochází na pozadí dlouhodobého zánětu a hypoxie ke zvýšené produkci kolagenu. Jak poznamenávají ukrajinští vědci ve svém článku z roku 2021, oblasti hustých kolagenových vláken (pneumofibróza) se střídají s oblastmi volné tkáně. To vše vede ke změně v architektuře plicní tkáně a vzhledu těch slavných zabroušených skleněných ploch, které jsou viditelné na CT skenech a nakonec jsou rozpoznány jako jeden z příznaků COVID-19.

Fibróza se může vyvinout ve sklerózu – úplné nahrazení orgánových tkání hustou pojivovou tkání. Pokud je současně narušena struktura orgánu, dochází k jeho deformaci, mluví se o cirhóze.

K podobným procesům dochází například u jaterní fibrózy, která postupně přechází v cirhózu. Nadbytek kolagenu při hojení ran vede k vytvoření lokálního ložiska sklerózy a jizev atd.