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Was ist Kollagen?
Kollagen ist das am häufigsten im menschlichen Körper vorkommende Protein. So stellt es allein 25-35% der Gesamtproteinmasse dar 1.
Kollagen ist ein besonderes Protein, das eine dreidimensionale Struktur annimmt und so starke und dehnungsbeständige Fasern bildet.
Aus diesem Grund gilt Kollagen als wichtige Komponente des Bindegewebes.
Die verschiedenen Arten von Bindegewebe haben unterfüllende und stützende Funktion, sorgen für Elastizität und Schutz. Zum Bindegewebe gehören Sehnen, Bänder, Haut, Knorpel, Fettgewebe und Knochen.
Innerhalb dieser Gewebearten fungieren Kollagenfasern als Stütz- oder Verbindungsstrukturen.
Kollagen bildet auch sehr dünne, verzweigte Fasern, die retikuläre Fasern genannt werden und ein netzartiges Gerüst bilden.
Dank ihrer Festigkeit und Dehnungsbeständigkeit eignet sich diese Matrix perfekt zum Aufbau des strukturellen Gerüsts von Organen, Haut, Sehnen, Knochen und Bändern.
Kollagen kann je nach struktureller Konformation in verschiedene Typen unterteilt werden. Es wurden 28 verschiedene Typen Kollagen entdeckt, bei weitem am häufigsten sind die Typen I bis IV (wobei Typ 1 über 90% des Kollagens im menschlichen Körper ausmacht) 2. Nähere Informationen finden Sie hier: Kollagentypen »
Struktur
Aminosäuren gelten als Bausteine der Proteine; daher besteht auch Kollagen aus der Verkettung einzelner Aminosäuren.
Die Vorstufe des Kollagens ist Tropokollagen.
Tropokollagen besteht aus 3 Peptidketten (Gruppen von Aminosäuren), die in Form einer Tripelhelix umeinander gewunden sind. Diese Peptidketten werden auch als Alpha-Ketten (α-Ketten) bezeichnet 3, 4.
Die 3 Peptidketten des Tropokollagens sind reich an Glycin. Insbesondere zeichnen sie sich durch eine Domäne, die sogenannte Kollagendomäne aus, die sich aus einer Reihe von 3 Aminosäuren zusammensetzt.
Die erste Aminosäure ist Glycin; die beiden folgenden Positionen können von jeder Aminosäure eingenommen werden, meist handelt es sich dabei aber um Prolin, Hydroxylysin und Hydroxyprolin 5.
Die sich wiederholende Aminosäurensequenz ist für die Helixstruktur des Tropokollagens verantwortlich 6. Jeder Kollagentyp weist ein anderen Verhältnis von Glycin, Prolin, Hydroxyprolin und Hydroxylysin auf.
Kollagensynthese
Die Kollagensynthese erfolgt hauptsächlich in den Fibroblasten, den Zellen des Bindegewebes, die auf die Synthese von Kollagen und anderen Komponenten der extrazellulären Matrix spezialisiert sind.
Die Kollagensynthese im menschlichen Körper stellt einen komplexen Prozess dar.
Kurz gesagt beginnt diese Synthese mit der Aktivierung von Genen, die mit der Bildung der Alpha-Ketten verbunden sind, aus denen das Tropokollagen besteht.
Innerhalb der Ribosomen wird mRNA translatiert, wobei “rohe Ketten” entstehen, die als Präpro-Polypeptide bekannt sind.
Diese Ketten werden dann schrittweise durch eine Reihe von posttranslationalen Modifikationen verfeinert, die es ihnen letztendlich ermöglichen, sich umeinander zu wickeln und so die für Tropokollagen charakteristische Tripelhelix zu bilden 7.
Im Zuge dieser Modifikationen ist es beispielsweise notwendig, dass die Aminosäuren Prolin und Lysin des Präpro-Kollagens hydrolysiert werden.
Die Hydrolyse von Prolin und Lysin erfolgt durch bestimmte Enzyme, die vom Vitamin C abhängig sind. Aus diesem Grund führt ein schwerer Mangel an Vitamin C (Skorbut) zu einer Beeinträchtigung der Kollagensynthese und einer folglichen Schwächung des Bindegewebes.
Patienten, die an Skorbut leiden, weisen allgemeine Müdigkeit und Schwäche, eine schlechte Wundheilung, Blutarmut und Zahnfleischerkrankungen auf.
Auch Kupfer ist in den Endphasen der Synthese von Kollagen-Fibrillen erforderlich.
Für nähere Informationen zu den biochemischen Details der Kollagensynthese empfehlen wir die englischsprachigen Fachartikel auf Wikipedia und Statpearls.
Steigerung der Kollagensynthese
Ernährung
Der Verzehr von kollagenreichen Lebensmitteln oder Lebensmitteln, die die Kollagenproduktion anregen, kann die Synthese dieses wichtigen Proteins unterstützen.
Die höchste Konzentration an Kollagen findet sich in den Bindegeweben, wie Haut, Knochen, Sehnen und Knorpeln.
Folglich sind kollagenreiche Lebensmittel ausschließlich tierischen Ursprungs und umfassen:
- Knochen und Knochenbrühe;
- bindegewebsreiches Fleisch (schwer verdaulich);
- Schweineschwarte (ebenfalls schwer verdaulich);
- Fischhaut;
- Austern;
- Gräten und Fischbrühe;
- Eier, insbesondere Eigelb und Schalenhaut zwischen Eiweiß und Schale;
- Fischgelatine – Gelatine und gelatinehaltige Lebensmittel (Süßspeisen, Sülze usw.);
- Fleisch von Jungtieren (z. B. Kalbsrippen), da das Kollagen von Jungtieren besser verdaulich ist als das von älteren Tieren.
Wie bereits erwähnt bedarf es für eine optimale Kollagensynthese angemessenen Konzentrationen an Vitamin C und Kupfer.
Zu den vitamin-C-reichen Lebensmitteln zählen Obst und Gemüse, während tierische Vitamin-C-Quellen sich auf Innereien (Leber, Nieren usw.) und rohe Weichtiere (Austern, Miesmuscheln, Venusmuscheln) beschränken.
Vitamin C Mangel ist selten, betrifft jedoch immer noch 5-15% der Erwachsenen in den USA 8, 9. Höhere Prozentsätze (30%) können bei Senioren beobachtet werden 10.
Kupfermangel ist hingegen selten.
Kollagen-Präparate
Einer Studie zufolge ist es unwahrscheinlich, dass Knochenbrühe im Vergleich zu Nahrungsergänzungsmitteln mit diesem Protein zuverlässige Konzentrationen an Prokollagen liefert 11.
Im Allgemeinen scheint der menschliche Körper hydrolysiertes Kollagen besser aufnehmen zu können als Gelatine und natives Kollagen 12, 13.
Nach der Einnahme wird das Kollagen im Zuge der Verdauung in Aminosäuren und kleinere Peptide aufgespaltet, die dann resorbiert und zum Wiederaufbau von Kollagen oder anderen Proteinen verwendet werden 14.
Es hat sich gezeigt, dass die Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln mit hydrolysiertem Kollagen die Kollagensynthese stimuliert und einzigartige Vorteile für Haut und Gelenke bietet 15.
Im Körper üben die Verdauungsprodukte des Kollagens eine doppelte Wirkung aus 16, 17, 18:
- Erstens liefern die freien Aminosäuren die Bausteine zur Bildung von Kollagen- und Elastinfasern;
- die Oligopeptide wirken als Liganden, sie aktivieren die Rezeptoren auf der Membran der Fibroblasten und stimulieren so die Produktion von neuem Kollagen, Elastin und Hyaluronsäure.
Verschiedene klinische Studien zeigen, dass Kollagenpräparate die Hautalterung verlangsamen können, indem sie Falten und trockene Haut reduzieren und die Elastizität der Haut verbessern 19, 20, 21, 22.
Mehr zu diesem Thema finden Sie in unserem Artikel: Meereskollagen | Eigenschaften, Vorteile | Wirkung auf die Haut ”
Kollagenpräparate können helfen, Gelenkschmerzen in Zusammenhang mit sportlicher Betätigung, Arthrose und rheumatoider Arthritis zu lindern, wobei jedoch weitere Forschungsarbeit erforderlich ist 50, 51, 52.
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Kosmetika
Kollagen-Hydrolysat wird sowohl in Kosmetika als auch Nahrungsergänzungsmitteln verwendet.
In Kosmetika hat es im Wesentlichen eine feuchtigkeitsspendende und antioxidative Wirkung, da die großen Moleküle nicht wirklich in die Haut eindringen können.
Folglich sind Kosmetika mit Meeres-/Rinderkollagen (auch in hydrolysierter Form) nicht wirksam, um die Kollagensynthese zu steigern.
Um die Synthese dieses wichtigen Proteins anzuregen, können hingegen andere kosmetische Methoden verwendet werden, wie:
- Peelingbehandlungen mit mechanische Mitteln, wobei mit abrasiven Substanzen (wie Salz oder gemahlenen Nüssen) über die Haut gerubbelt wird, oder aber chemische Peelings (z.B. Alpha-Hydroxysäuren, Beta-Hydroxysäuren, Poly-Hydroxysäuren) 23;
- Topische Anwendung von Retinoiden (Vitamin A – Retinol und Derivate) 24, 25, 26;
- Reines Vitamin C 27;
- Bioaktive Peptide, wie Palmitoil Pentapeptide-4 (Matrixyl) und GHK-Cu 28, 29;
- Topische Anwendung von Pflanzenextrakten (Gotu-Kola, Phytoöstrogene, Hopfen, Boswellia, Resveratrol) 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36;
- Unverseifbarer Anteil einiger pflanzlicher Öle, wie Avocado-, Soja-, Kokos- und Olivenöl 37, 38, 39.
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Die zyklische Anwendung der 3 Flakons mit Einzelkonzentrat A (Tag 1-2), C (Tag 3-4) und E (Tag 5-6) ermöglicht es, die Vorteile dieser Schönheitsvitamine in vollen Zügen zu nutzen.
Schönheitsmedizin
Verschiedene schönheitsmedizinische Behandlungen, wie Mikrodermabrasion, Hochfrequenz, Micro-Needling, Ultraschall und Laserbehandlung, unterstützen die Synthese von Kollagen und Elastin.
Die Wirksamkeit dieser Behandlungsformen beruht paradoxerweise auf einer Schädigung der tieferen Hautschichten.
Um diese Verletzungen zu reparieren, wird die Aktivierung der Fibroblasten angeregt; daraus ergibt sich eine Steigerung der Synthese von Kollagen und anderen für die Schönheit und Struktur der Haut wichtigen Molekülen.
Beispielsweise werden beim Micro-Needling zahlreiche Mikrowunden verursacht, die die Freisetzung verschiedener Wachstumsfaktoren stimulieren, was zur Erhöhung der Synthese und Ablagerung von Kollagen und Elastin in der Dermis führt 40.
Laser- und Ultraschallbehandlungen hingegen verursachen eine hitzebedingte Schädigung der Lederhaut. So zieht sich das Kollagen fast unmittelbare zusammen, wodurch die Spannkraft der Haut gesteigert wird 41, 42.
Darüber hinaus stimuliert die physische Schädigung der Haut in den folgenden Wochen die Produktion und Erneuerung von Kollagen, wodurch die Textur verbessert wird und die Haut weniger schlaff erscheint.
Biostimulation
Die Biostimulation basiert auf der Mikroinjektion von Wirkstoffen in die Haut, welche die Tätigkeit der Fibroblasten unterstützen und stimulieren, um eine ästhetische und funktionale Verbesserung der Haut herbeizuführen.
Diese biorevitalisierenden Präparate können Vitamine (A, C, E, Nitcodinamid), niedermolekulare Hyaluronsäure, Aminosäuren, Mineralien, antioxidative Enzyme und biomimetische Peptide enthalten.
Da standardisierte Protokolle zur Biostimulation fehlen, ist es schwierig, die allgemeine Wirksamkeit dieser Behandlung zu beurteilen. Auch die Studien in der Literatur zeigen widersprüchliche Ergebnisse, da in vielen Fällen keine signifikanten Vorteile auf ästhetischer oder funktioneller Ebene beobachtet werden konnten 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49.
