คอลลาเจน
คอลลาเจนเป็นโปรตีนธรรมชาติที่สำคัญของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน (connective tissue) ในสัตว์ และเป็นโปรตีนที่มีมากที่สุดในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 40 ของโปรตีนทั้งหมดในร่างกาย คอลลาเจนเป็นโปรตีนโครงสร้างที่เป็นเส้นใยยาว ทำหน้าที่แตกต่างไปจากพวกโปรตีนที่มีรูปร่างกลม เช่น เอ็นไซม์ คอลลาเจนมีลักษณะเหนียวแต่ยืดไม่ได้ มีแรงต้านแรงดึงสูงมาก เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของกระดูกอ่อน เอ็นต่างๆ ส่วนประกอบโปรตีนที่สำคัญในกระดูกและฟัน คอลลาเจนและเคอราตินมีความเกี่ยวข้องกับความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของผิวหนัง เมื่อมันเสื่อมโทรมลง ความเหี่ยวย่นก็จะปรากฏให้เห็นตามวัยที่เพิ่มขึ้น คอลลาเจนทำให้หลอดเลือดแข็งแรง และมีบทบาทต่อการพัฒนาเนื้อเยื่อ มันมีอยู่ในแก้วตาและเลนส์ของตาในรูปผลึก คอลลาเจนยังใช้ในศัลยกรรมตกแต่งเพื่อความงามและศัลยกรรมจากการถูกไฟลวก
องค์ประกอบและโครงสร้าง
หน่วยย่อยโทรโพคอลลาเจน (topocollagen subunit) มีลักษณะเหมือนหลอดยาวประมาณ 300 นาโนเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 นาโนเมตร ประกอบขึ้นด้วยสายโพลีเพพไทด์ 3 สาย แต่ละสายเป็นเกลียววนซ้ายและรวมเข้าด้วยกัน บิดเป็นเกลียวเหมือนขดลวดวนขวา โครงสร้างของมันคงตัวด้วยพันธะไฮโดรเจนจำนวนมหาศาล หน่วยย่อยโทรโพคอลลาเจนเข้ามารวมกันเองเป็นผืนใหญ่ขึ้นในที่ว่างนอกเซลล์ของเนื้อเยื่อ สายเกลียวทั้งสามสายยังเกิดพันธะโควาเลนท์ พันกันไปมาระหว่างสาย และระหว่างหน่วยย่อยด้วยกันทำให้เกิดคอลลาเจนชนิดต่างๆ ที่พบได้ในเนื้อเยื่อที่เจริญเต็มที่แล้ว ซึ่งเป็นสภาวะที่คล้ายกับแอลฟาเคอราตินในเส้นผม
การจัดเรียงกรดอะมิโนในแต่ละสาย เกลียวทั้งสามสายของหน่วยย่อยคอลลาเจนมีลักษณะพิเศษ ลำดับของกรดอะมิโนมักเป็นแบบนี้ Gly–X–Pro หรือ Gly–X–Hypro (ในที่นี้ Gly = ไกลซีน Pro = โพรลิน Hypro = ไฮดรอกซีโพรลี และ X = กรดอะมิโนอื่นๆ รูปแบบ Gly–Pro–Hypro ก็เกิดขึ้นบ่อยเช่นกัน โครงสร้างที่มีหน่วยซ้ำ ๆ กันแบบนี้และมีปริมาณไกลซีนมากจะพบได้ในโปรตีนชนิดเส้นใยอื่นๆ อยู่ไม่กี่ชนิด เช่น ไฟโพรอินของไหม ไหมมีรูปแบบการจัดเรียงกรดอะมิโน –Gly–Ala–Gly–Ala ประมาณ 75-80% โดยมีเซอรีน 10% อีลาสตินมีไกลซีน โพรลิน และอะลานิน (alanine ) สูงมาก การที่มีไกลซีนสูงๆ และรูปแบบการจัดเรียงซ้ำๆ เป็นปกติเช่นนี้ไม่พบในโปรตีนรูปกลม สายเกลียวทั้งสามอัดกันแน่นภายใต้แรงดึง ต้านทานการยืด จึงทำให้คอลลาเจนไม่ยืดเพราะไกลซีนเป็นกรดอะมิโนที่มีขนาดเล็กที่สุด มันจึงมีบทบาทเด่น ในโปรตีนโครงสร้างที่เป็นเส้นใย ในคอลลาเจน Gly จะอยู่ในทุกๆ ตำแหน่งที่สาม เพราะการรวมตัวของสายเกลียวสามสายจะเก็บส่วนนี้ไว้ด้านใน (แกน) ของสายเกลียวเนื่องจากพื้นที่จำกัด ส่วนวงแหวนของ Pro และ Hypro จะชี้ออกจากสายเกลียว กรดอะมิโนทั้งสองนี้ช่วยให้หน่วยย่อยโพรโทคอลลาเจนเสถียรต่อความร้อน ในกระดูกสายเกลียวสามเส้นที่ควบกันจะวางซ้อนกันเป็นแถวหลวมๆ ช่องว่างระหว่างปลายของหน่วยย่อยโทรโพคอลลาเจนอยู่ห่างกัน 40 นาโนเมตร ซึ่งอาจทำหน้าที่เป็นใจกลาง (นิวเคลียส) สำหรับผลึกของเกลือแร่ซึ่งมีลักษณะละเอียด แข็งและยาว มาจับได้แก่ ผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Ca5(PO4)3(OH)) ที่มีฟอสเฟตอยู่ด้วย กระดูกอ่อนอาจกลายเป็นกระดูกได้ด้วยวิธีนี้ คอลลาเจนให้ความยืดหยุ่นของมันแก่กระดูก จึงมีส่วนช่วยป้องกันกระดูกแตก
คอลลาเจนและเนื้อเยื่อ
ในปัจจุบันเรารู้จักคอลลาเจนที่แตกต่างกันมากว่า 25 ชนิด แต่ละชนิดมีรหัสยีนแตกต่างกัน โดยหลักการคอลลาเจนอาจมีได้มากกว่า 10,000 ชนิด แต่คอลลาเจนที่พิสูจน์ทราบได้แน่นอนแล้วมีเพียง 15 ชนิด คอลลาเจนที่สำคัญในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ได้แก่ คอลลาเจนชนิด I, II, III, V และ IX
คอลลาเจนชนิด I เป็นคอลลาเจนหลักของผิวหนังและกระดูก มีมากที่สุดในร่างกาย (ประมาณ 90% ของคอลลาเจนในร่างกาย) คอลลาเจนชนิด II พบในกระดูกอ่อน คอลลาเจนชนิด III พบในผิวหนัง หลอดเลือด และอวัยวะภายในคอลลาเจนชนิด V เป็นคอลลาเจนที่อยู่ในรูปโครงข่าย ซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการสร้างโพลีเมอร์ ซึ่งทำให้เกิดเป็นชั้นปกคลุมผิวด้านนอก หรือบุผิวที่เป็นโพรง
เนื้อเยื่อของร่างกายไม่ได้มีเซลล์แต่เพียงอย่างเดียว ปริมาตรที่ว่างส่วนใหญ่ที่อยู่นอกเซลล์ของเนื้อเยื่อซึ่งมีโครงข่ายโมเลกุลขนาดใหญ่เกี่ยวพันกันทำให้เกิดเป็นเมทริกซ์นอกเซลล์ (extracellular matrix) เมทริกซ์ประกอบด้วย โปรตีนและโพลีแซคาไรด์ชนิดต่าง ๆ ที่ถูกขับออกมาเป็นหย่อมๆ และรวมกันเข้าเป็นโครงข่าย ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเมทริกซ์มักมีมากกว่าเซลล์ที่มันล้อมรอบอยู่ โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบกันเป็นเมทริกซ์มีต่าง ๆ กัน ทั้งชนิดและปริมาณ ก่อให้เกิดรูปแบบต่าง ๆ เช่น เมทริกซ์ อาจมีลักษณะแข็งซึ่งเกิดจากการสะสมของเกลือแคลเซียมจนกลายเป็นโครงสร้างที่แข็งแกร่งเหมือนหินอย่างเช่น ฟันหรือกระดูก เมทริกซ์อาจใสอย่างเช่นแก้วตา หรือมันอาจปรับตัวให้มีการจัดเรียงตัวเหมือนเส้นเชือก ทำให้เอ็นเกิดแรงต้านแรงดึงสูงมาก ที่รอยต่อของเยื่อบุหัวใจและเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเมทริกซ์ก่อตัวเป็นชั้นฐานซึ่งเป็นแผ่นเหนียวแต่บาง เมทริกซ์มีบทบาทที่ซับซ้อนและว่องไวต่อการควบคุมให้พฤติกรรมของเซลล์ที่มันสัมผัสอยู่เป็นปกติ โดยมีอิทธิพลต่อการพัฒนา การเคลื่อนย้าย การแพร่กระจาย รูปทรงและการทำหน้าที่ของเซลล์
คอลลาเจนหายไปเมื่อวัยสูงขึ้น
โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบกันเป็นเมทริกซ์ชั้นนอกของเซลล์ถูกขับออกมาจากเซลล์ที่เมทริกซ์ล้อมรอบ ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเกือบทุกชนิด โมเลกุลของเมทริกซ์ถูกขับออกจากเซลล์ที่เรียกว่า ไฟโบรบลาสท์ (fibroblast) ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่เฉพาะมากขึ้น เช่น กระดูกอ่อนและกระดูก โมเลกุลของเมทริกซ์ของตระกูลไฟโพบพลาส์ เรียกว่า คอนโดรบลาสท์ (chondroblast) (กระดูกอ่อน) และออสทีบลาสท์ (กระดูก) โมเลกุลที่ประกอบกันเป็นเมทริกซ์นอกเซลล์ที่สำคัญแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
ไกลโคอะมิโนไกลแคน (glycoaminoglycans หรือ GAGs) เป็นสายโซ่โพลีแซคาไรด์ ซึ่งพบว่ามีความสัมพันธ์กับโปรตีนในรูปโพรทีโอไกลแคน ไฟบรัสโปรตีน ซึ่งทำหน้าที่ 2 อย่าง คือ หน้าที่เกี่ยวกับโครงสร้าง (เช่น คอลลาเจน) และหน้าที่ประสาน (เช่น ลามินิน และไฟโพรเน็กติน)
สารที่ 2 ประเภทมีรูปทรงและขนาดต่างๆ กัน โมเลกุลของสารประเภท GAGs และโพรทีโอไกลแคนในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เกิดเป็นสารพื้นคล้ายเจลที่ชุ่มชื้น มีเฟบรีสโปรตีนฝังอยู่ข้างใน เจลโพลีแซคาไรด์จะต่อต้านแรงที่กดลงบนเมทริกซ์และเส้นใยคอลลาเจนของเมทริกซ์ทำหน้าที่ปรับปรุงแรงต้านแรงดึงให้สูงขึ้น แจลโพลีแซคาไรด์ช่วยให้เกิดการแพร่อย่างรวดเร็วของสารอาหาร สารเมแทบอไลด์ (metabolite) และฮอร์โมนระหว่างเซลล์เลือดและเซลล์เนื้อเยื่อ ใยคอลลาเจนทำให้เมทริกซ์ทั้งแข็งแกร่งและมีความเป็นระเบียบในโครงสร้าง และเส้นใยอีแลสตินที่มีลักษณะคล้ายยางให้ความยืดหยุ่น GAGs เป็นสารประเภทมูโคโพลีแซคาไรด์ (mucopolysacharides) ที่โมเลกุลของมันยาว ตรง และมีประจุสูง มักต่อกับแกนกลางของโปรตีนในเมทริกซ์ที่อยู่นอกเซลล์ เรียกว่า โพรทีโอไกลแคน ซึ่งได้แก่ คอนดรอยแทนซัลเฟต กรดไฮยาลูรอนิก เฮพาริน เฮพารินซัลเฟต และเคอราตินซัลเฟต
ในสมัยก่อนการตรวจสอบโรคเสื่อมสลายของร่างกายใช้วิธีการตรวจเมทริกซ์นอกเซลล์ การที่ร่างกายไม่สามารถฟื้นฟูสภาพเมทริกซนอกเซลล์เป็นการเริ่มต้นของโรคเสื่อมสลายทั้งปวง ขณะที่อายุของเรามากขึ้น หน้าที่ของเซลล์ตระกูลไฟโบรบลาสท์เพื่อผลิตสารคอลลาเจนเริ่มเสื่อมถอย ทำให้สารซึ่งมีลักษณะคล้ายเจลของเมทริกซ์นอกเซลล์ที่คอยปกป้องเซลล์และเนื้อเยื่อจากการถูกกดระหว่างการดำรงชีวิตและการออกกำลังกายมีจำนวนลดลงไปด้วย
สภาวะการขาดคอลลาเจน
วิธีการบำบัดที่เป็นธรรมชาติสำหรับหลอดเลือด หัวใจ และผิวหนัง คือ การสังเคราะห์คอลลาเจน และการปรับโครงสร้างเมทริกซ์ที่อยู่นอกเซลล์ใหม่ กรดอะมิโนโพรลีน และไลซีนจากคอลลาเจนที่มีอยู่มากมายทำหน้าที่เหมือนเป็นชั้นเทฟลอนรอบๆ อนุภาคแผ่นไลโพโปรตีน และแยกมันออกจากตำแหน่งที่มันตรึงอยู่ในผนังหลอดเลือด และทำให้กระบวนการที่แผ่นไลโพโปรตีนจับตัวเริ่มเกิดในทิศทางตรงกันข้าม นอกจากนี้สารเสริมคอลลาเจนเมื่อใช้ควบกับวิตามินซีจะไปกระตุ้นกระบวนการซ่อมแซม เพื่อสร้างผนังหลอดเลือดขึ้นใหม่และทำให้แข็งแรงขึ้น ประเทศสเปน โปรตุเกส และอิตาลีได้เลือกใช้กลูโคซามีนซัลเฟต (glucosamine ซัลเฟต) มาใช้ในการบำบัดตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 กลูโคซามีนจำเป็นต่อการสังเคราะห์ GAGs การสังเคราะห์กลูโคซามีนมาจากกลูโคสและกลูทามีนในร่างกาย เมื่ออายุมากขึ้นแนวโน้มของการสังเคราะห์จะช้าลง GAGs ซึ่งมีสายโซ่ยาว เช่น คอนดรอยแทนซัลเฟต ทำหน้าที่ยับยั้งและมีกระบวนการต่อต้านเอนไซม์ที่เป็นสาเหตุของโรคข้อเสื่อม การซ่อมแซมแมทริกซ์ที่อยู่นอกเซลล์ ซึ่งถูกทำลายด้วยโรคข้อต่ออักเสบ ต้องการสารเสริมคอลลาเจนควบคู่กับกลูโคซามีนซัลเฟตสำหรับการทำให้กระบวนการย้อนกลับ
ประโยชน์ของคอลลาเจน
เส้นใยคอลลาเจน ถักทอเข้าด้วยกันคล้ายเส้นด้ายในผืนผ้า เพื่อเกิดเป็นโครงสร้างที่เซลล์ใหม่สามารถเติบโตขึ้นได้ภายใน เมื่อร่างกายต้องการสร้างโครงสร้างที่เป็นเซลล์ใหม่ใดๆ อย่างเช่น กระบวนการสมานแผล คอลลาเจนและส่วนแตกของคอลลาเจนจะมีบทบาทเป็นศูนย์รวม เมื่อวัยของเราสูงขึ้นร่างกายของเราจะผลิตคอลลาเจนช้าลง ภายนอกเราจะเห็นว่าผิวของเราเริ่มเหี่ยวย่นและสูญเสียน้ำนวลของความเป็นหนุ่มสาว ส่วนภายในเราจะรู้สึกถึงความอ่อนแอของโครงสร้างของโครงกระดูกเนื่องจากการเสื่อมสลายของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันรวมทั้งเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ สารเสริมคอลลาเจนจำเป็นต่อการเกื้อหนุนร่างกายในช่วงที่เกิดกระบวนการธรรมชาติเหล่านี้ เมื่อแหล่งสร้างคอลลาเจนของร่างกายลดน้อยลง หลายบริเวณของร่างกายจะได้รับผลกระทบทำให้ร่างกายอ่อนแอ เกิดอาการอ่อนเพลีย และการทำงานของร่างกายโดยทั่วไปจะถดถอย การรับประทานสารเสริมคอลลาเจนอาจช่วยร่างกายได้มากกว่าการลดน้ำหนัก มีบางคนสังเกตว่าเมื่อได้รับสารเสริมคอลลาเจน การนอนหลับดีกว่าเดิม มีกำลังเพิ่มขึ้น น้ำเสียงก็ดีขึ้น รู้สึกเป็นหนุ่มเป็นสาว และมีความรู้สึกสบายขึ้นกว่าเดิม ร่างกายก็ดูดี ซึ่งในภาพรวมการเสริมคอลลาเจนมีแนวโน้มที่จะมีดัชนีบวกที่บ่งว่ามันทำงานได้ดีในร่างกาย
คอลลาเจนแลผิวที่เหี่ยวย่น
จากการที่คอลลาเจนเป็นวัตถุที่เสื่อมโทรมและแตกหักได้ มันค่อยๆ เสื่อมสลายไปตามกาลเวลา เซลล์ผิวหนังไฟโพรบลาสท์สามารถผลิตคอลลาเจนได้ หรือเมื่อจำเป็นก็ทดแทนใยคอลลาเจนที่แตกหักด้วยคอลลาเจนใหม่ แต่เมื่ออายุมากขึ้นความสามารถของผิวที่จะทดแทนคอลลาเจนที่เสียหายก็ลดน้อยลง ช่องว่างและความผิดปกติก็จะเกิดขึ้นในโครงสร้างคอลลาเจน กระบวนการนี้เองที่นำไปสู่ความเหี่ยวย่น หลักการป้องกันและการกำจัด ได้แก่ การลดการเสื่อมสลายของคอลลาเจนและเพิ่มแหล่งให้คอลลาเจน ปัจจัยที่มีส่วนต่อการเสื่อมสลายของคอลลาเจนเร็วขึ้น เช่น แสงอาทิตย์ อนุมูลอิสระ การเปลี่ยนแปลงฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับวัย และการสูบบุหรี่
องค์ประกอบและโครงสร้าง
หน่วยย่อยโทรโพคอลลาเจน (topocollagen subunit) มีลักษณะเหมือนหลอดยาวประมาณ 300 นาโนเมตร และเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5 นาโนเมตร ประกอบขึ้นด้วยสายโพลีเพพไทด์ 3 สาย แต่ละสายเป็นเกลียววนซ้ายและรวมเข้าด้วยกัน บิดเป็นเกลียวเหมือนขดลวดวนขวา โครงสร้างของมันคงตัวด้วยพันธะไฮโดรเจนจำนวนมหาศาล หน่วยย่อยโทรโพคอลลาเจนเข้ามารวมกันเองเป็นผืนใหญ่ขึ้นในที่ว่างนอกเซลล์ของเนื้อเยื่อ สายเกลียวทั้งสามสายยังเกิดพันธะโควาเลนท์ พันกันไปมาระหว่างสาย และระหว่างหน่วยย่อยด้วยกันทำให้เกิดคอลลาเจนชนิดต่างๆ ที่พบได้ในเนื้อเยื่อที่เจริญเต็มที่แล้ว ซึ่งเป็นสภาวะที่คล้ายกับแอลฟาเคอราตินในเส้นผม
การจัดเรียงกรดอะมิโนในแต่ละสาย เกลียวทั้งสามสายของหน่วยย่อยคอลลาเจนมีลักษณะพิเศษ ลำดับของกรดอะมิโนมักเป็นแบบนี้ Gly–X–Pro หรือ Gly–X–Hypro (ในที่นี้ Gly = ไกลซีน Pro = โพรลิน Hypro = ไฮดรอกซีโพรลี และ X = กรดอะมิโนอื่นๆ รูปแบบ Gly–Pro–Hypro ก็เกิดขึ้นบ่อยเช่นกัน โครงสร้างที่มีหน่วยซ้ำ ๆ กันแบบนี้และมีปริมาณไกลซีนมากจะพบได้ในโปรตีนชนิดเส้นใยอื่นๆ อยู่ไม่กี่ชนิด เช่น ไฟโพรอินของไหม ไหมมีรูปแบบการจัดเรียงกรดอะมิโน –Gly–Ala–Gly–Ala ประมาณ 75-80% โดยมีเซอรีน 10% อีลาสตินมีไกลซีน โพรลิน และอะลานิน (alanine ) สูงมาก การที่มีไกลซีนสูงๆ และรูปแบบการจัดเรียงซ้ำๆ เป็นปกติเช่นนี้ไม่พบในโปรตีนรูปกลม สายเกลียวทั้งสามอัดกันแน่นภายใต้แรงดึง ต้านทานการยืด จึงทำให้คอลลาเจนไม่ยืดเพราะไกลซีนเป็นกรดอะมิโนที่มีขนาดเล็กที่สุด มันจึงมีบทบาทเด่น ในโปรตีนโครงสร้างที่เป็นเส้นใย ในคอลลาเจน Gly จะอยู่ในทุกๆ ตำแหน่งที่สาม เพราะการรวมตัวของสายเกลียวสามสายจะเก็บส่วนนี้ไว้ด้านใน (แกน) ของสายเกลียวเนื่องจากพื้นที่จำกัด ส่วนวงแหวนของ Pro และ Hypro จะชี้ออกจากสายเกลียว กรดอะมิโนทั้งสองนี้ช่วยให้หน่วยย่อยโพรโทคอลลาเจนเสถียรต่อความร้อน ในกระดูกสายเกลียวสามเส้นที่ควบกันจะวางซ้อนกันเป็นแถวหลวมๆ ช่องว่างระหว่างปลายของหน่วยย่อยโทรโพคอลลาเจนอยู่ห่างกัน 40 นาโนเมตร ซึ่งอาจทำหน้าที่เป็นใจกลาง (นิวเคลียส) สำหรับผลึกของเกลือแร่ซึ่งมีลักษณะละเอียด แข็งและยาว มาจับได้แก่ ผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Ca5(PO4)3(OH)) ที่มีฟอสเฟตอยู่ด้วย กระดูกอ่อนอาจกลายเป็นกระดูกได้ด้วยวิธีนี้ คอลลาเจนให้ความยืดหยุ่นของมันแก่กระดูก จึงมีส่วนช่วยป้องกันกระดูกแตก
คอลลาเจนและเนื้อเยื่อ
ในปัจจุบันเรารู้จักคอลลาเจนที่แตกต่างกันมากว่า 25 ชนิด แต่ละชนิดมีรหัสยีนแตกต่างกัน โดยหลักการคอลลาเจนอาจมีได้มากกว่า 10,000 ชนิด แต่คอลลาเจนที่พิสูจน์ทราบได้แน่นอนแล้วมีเพียง 15 ชนิด คอลลาเจนที่สำคัญในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ได้แก่ คอลลาเจนชนิด I, II, III, V และ IX
คอลลาเจนชนิด I เป็นคอลลาเจนหลักของผิวหนังและกระดูก มีมากที่สุดในร่างกาย (ประมาณ 90% ของคอลลาเจนในร่างกาย) คอลลาเจนชนิด II พบในกระดูกอ่อน คอลลาเจนชนิด III พบในผิวหนัง หลอดเลือด และอวัยวะภายในคอลลาเจนชนิด V เป็นคอลลาเจนที่อยู่ในรูปโครงข่าย ซึ่งเกิดขึ้นจากกระบวนการสร้างโพลีเมอร์ ซึ่งทำให้เกิดเป็นชั้นปกคลุมผิวด้านนอก หรือบุผิวที่เป็นโพรง
เนื้อเยื่อของร่างกายไม่ได้มีเซลล์แต่เพียงอย่างเดียว ปริมาตรที่ว่างส่วนใหญ่ที่อยู่นอกเซลล์ของเนื้อเยื่อซึ่งมีโครงข่ายโมเลกุลขนาดใหญ่เกี่ยวพันกันทำให้เกิดเป็นเมทริกซ์นอกเซลล์ (extracellular matrix) เมทริกซ์ประกอบด้วย โปรตีนและโพลีแซคาไรด์ชนิดต่าง ๆ ที่ถูกขับออกมาเป็นหย่อมๆ และรวมกันเข้าเป็นโครงข่าย ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเมทริกซ์มักมีมากกว่าเซลล์ที่มันล้อมรอบอยู่ โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบกันเป็นเมทริกซ์มีต่าง ๆ กัน ทั้งชนิดและปริมาณ ก่อให้เกิดรูปแบบต่าง ๆ เช่น เมทริกซ์ อาจมีลักษณะแข็งซึ่งเกิดจากการสะสมของเกลือแคลเซียมจนกลายเป็นโครงสร้างที่แข็งแกร่งเหมือนหินอย่างเช่น ฟันหรือกระดูก เมทริกซ์อาจใสอย่างเช่นแก้วตา หรือมันอาจปรับตัวให้มีการจัดเรียงตัวเหมือนเส้นเชือก ทำให้เอ็นเกิดแรงต้านแรงดึงสูงมาก ที่รอยต่อของเยื่อบุหัวใจและเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเมทริกซ์ก่อตัวเป็นชั้นฐานซึ่งเป็นแผ่นเหนียวแต่บาง เมทริกซ์มีบทบาทที่ซับซ้อนและว่องไวต่อการควบคุมให้พฤติกรรมของเซลล์ที่มันสัมผัสอยู่เป็นปกติ โดยมีอิทธิพลต่อการพัฒนา การเคลื่อนย้าย การแพร่กระจาย รูปทรงและการทำหน้าที่ของเซลล์
คอลลาเจนหายไปเมื่อวัยสูงขึ้น
โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบกันเป็นเมทริกซ์ชั้นนอกของเซลล์ถูกขับออกมาจากเซลล์ที่เมทริกซ์ล้อมรอบ ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันเกือบทุกชนิด โมเลกุลของเมทริกซ์ถูกขับออกจากเซลล์ที่เรียกว่า ไฟโบรบลาสท์ (fibroblast) ในเนื้อเยื่อเกี่ยวพันที่เฉพาะมากขึ้น เช่น กระดูกอ่อนและกระดูก โมเลกุลของเมทริกซ์ของตระกูลไฟโพบพลาส์ เรียกว่า คอนโดรบลาสท์ (chondroblast) (กระดูกอ่อน) และออสทีบลาสท์ (กระดูก) โมเลกุลที่ประกอบกันเป็นเมทริกซ์นอกเซลล์ที่สำคัญแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
ไกลโคอะมิโนไกลแคน (glycoaminoglycans หรือ GAGs) เป็นสายโซ่โพลีแซคาไรด์ ซึ่งพบว่ามีความสัมพันธ์กับโปรตีนในรูปโพรทีโอไกลแคน ไฟบรัสโปรตีน ซึ่งทำหน้าที่ 2 อย่าง คือ หน้าที่เกี่ยวกับโครงสร้าง (เช่น คอลลาเจน) และหน้าที่ประสาน (เช่น ลามินิน และไฟโพรเน็กติน)
สารที่ 2 ประเภทมีรูปทรงและขนาดต่างๆ กัน โมเลกุลของสารประเภท GAGs และโพรทีโอไกลแคนในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เกิดเป็นสารพื้นคล้ายเจลที่ชุ่มชื้น มีเฟบรีสโปรตีนฝังอยู่ข้างใน เจลโพลีแซคาไรด์จะต่อต้านแรงที่กดลงบนเมทริกซ์และเส้นใยคอลลาเจนของเมทริกซ์ทำหน้าที่ปรับปรุงแรงต้านแรงดึงให้สูงขึ้น แจลโพลีแซคาไรด์ช่วยให้เกิดการแพร่อย่างรวดเร็วของสารอาหาร สารเมแทบอไลด์ (metabolite) และฮอร์โมนระหว่างเซลล์เลือดและเซลล์เนื้อเยื่อ ใยคอลลาเจนทำให้เมทริกซ์ทั้งแข็งแกร่งและมีความเป็นระเบียบในโครงสร้าง และเส้นใยอีแลสตินที่มีลักษณะคล้ายยางให้ความยืดหยุ่น GAGs เป็นสารประเภทมูโคโพลีแซคาไรด์ (mucopolysacharides) ที่โมเลกุลของมันยาว ตรง และมีประจุสูง มักต่อกับแกนกลางของโปรตีนในเมทริกซ์ที่อยู่นอกเซลล์ เรียกว่า โพรทีโอไกลแคน ซึ่งได้แก่ คอนดรอยแทนซัลเฟต กรดไฮยาลูรอนิก เฮพาริน เฮพารินซัลเฟต และเคอราตินซัลเฟต
ในสมัยก่อนการตรวจสอบโรคเสื่อมสลายของร่างกายใช้วิธีการตรวจเมทริกซ์นอกเซลล์ การที่ร่างกายไม่สามารถฟื้นฟูสภาพเมทริกซนอกเซลล์เป็นการเริ่มต้นของโรคเสื่อมสลายทั้งปวง ขณะที่อายุของเรามากขึ้น หน้าที่ของเซลล์ตระกูลไฟโบรบลาสท์เพื่อผลิตสารคอลลาเจนเริ่มเสื่อมถอย ทำให้สารซึ่งมีลักษณะคล้ายเจลของเมทริกซ์นอกเซลล์ที่คอยปกป้องเซลล์และเนื้อเยื่อจากการถูกกดระหว่างการดำรงชีวิตและการออกกำลังกายมีจำนวนลดลงไปด้วย
สภาวะการขาดคอลลาเจน
วิธีการบำบัดที่เป็นธรรมชาติสำหรับหลอดเลือด หัวใจ และผิวหนัง คือ การสังเคราะห์คอลลาเจน และการปรับโครงสร้างเมทริกซ์ที่อยู่นอกเซลล์ใหม่ กรดอะมิโนโพรลีน และไลซีนจากคอลลาเจนที่มีอยู่มากมายทำหน้าที่เหมือนเป็นชั้นเทฟลอนรอบๆ อนุภาคแผ่นไลโพโปรตีน และแยกมันออกจากตำแหน่งที่มันตรึงอยู่ในผนังหลอดเลือด และทำให้กระบวนการที่แผ่นไลโพโปรตีนจับตัวเริ่มเกิดในทิศทางตรงกันข้าม นอกจากนี้สารเสริมคอลลาเจนเมื่อใช้ควบกับวิตามินซีจะไปกระตุ้นกระบวนการซ่อมแซม เพื่อสร้างผนังหลอดเลือดขึ้นใหม่และทำให้แข็งแรงขึ้น ประเทศสเปน โปรตุเกส และอิตาลีได้เลือกใช้กลูโคซามีนซัลเฟต (glucosamine ซัลเฟต) มาใช้ในการบำบัดตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1980 กลูโคซามีนจำเป็นต่อการสังเคราะห์ GAGs การสังเคราะห์กลูโคซามีนมาจากกลูโคสและกลูทามีนในร่างกาย เมื่ออายุมากขึ้นแนวโน้มของการสังเคราะห์จะช้าลง GAGs ซึ่งมีสายโซ่ยาว เช่น คอนดรอยแทนซัลเฟต ทำหน้าที่ยับยั้งและมีกระบวนการต่อต้านเอนไซม์ที่เป็นสาเหตุของโรคข้อเสื่อม การซ่อมแซมแมทริกซ์ที่อยู่นอกเซลล์ ซึ่งถูกทำลายด้วยโรคข้อต่ออักเสบ ต้องการสารเสริมคอลลาเจนควบคู่กับกลูโคซามีนซัลเฟตสำหรับการทำให้กระบวนการย้อนกลับ
ประโยชน์ของคอลลาเจน
เส้นใยคอลลาเจน ถักทอเข้าด้วยกันคล้ายเส้นด้ายในผืนผ้า เพื่อเกิดเป็นโครงสร้างที่เซลล์ใหม่สามารถเติบโตขึ้นได้ภายใน เมื่อร่างกายต้องการสร้างโครงสร้างที่เป็นเซลล์ใหม่ใดๆ อย่างเช่น กระบวนการสมานแผล คอลลาเจนและส่วนแตกของคอลลาเจนจะมีบทบาทเป็นศูนย์รวม เมื่อวัยของเราสูงขึ้นร่างกายของเราจะผลิตคอลลาเจนช้าลง ภายนอกเราจะเห็นว่าผิวของเราเริ่มเหี่ยวย่นและสูญเสียน้ำนวลของความเป็นหนุ่มสาว ส่วนภายในเราจะรู้สึกถึงความอ่อนแอของโครงสร้างของโครงกระดูกเนื่องจากการเสื่อมสลายของเนื้อเยื่อเกี่ยวพันรวมทั้งเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อ สารเสริมคอลลาเจนจำเป็นต่อการเกื้อหนุนร่างกายในช่วงที่เกิดกระบวนการธรรมชาติเหล่านี้ เมื่อแหล่งสร้างคอลลาเจนของร่างกายลดน้อยลง หลายบริเวณของร่างกายจะได้รับผลกระทบทำให้ร่างกายอ่อนแอ เกิดอาการอ่อนเพลีย และการทำงานของร่างกายโดยทั่วไปจะถดถอย การรับประทานสารเสริมคอลลาเจนอาจช่วยร่างกายได้มากกว่าการลดน้ำหนัก มีบางคนสังเกตว่าเมื่อได้รับสารเสริมคอลลาเจน การนอนหลับดีกว่าเดิม มีกำลังเพิ่มขึ้น น้ำเสียงก็ดีขึ้น รู้สึกเป็นหนุ่มเป็นสาว และมีความรู้สึกสบายขึ้นกว่าเดิม ร่างกายก็ดูดี ซึ่งในภาพรวมการเสริมคอลลาเจนมีแนวโน้มที่จะมีดัชนีบวกที่บ่งว่ามันทำงานได้ดีในร่างกาย
คอลลาเจนแลผิวที่เหี่ยวย่น
จากการที่คอลลาเจนเป็นวัตถุที่เสื่อมโทรมและแตกหักได้ มันค่อยๆ เสื่อมสลายไปตามกาลเวลา เซลล์ผิวหนังไฟโพรบลาสท์สามารถผลิตคอลลาเจนได้ หรือเมื่อจำเป็นก็ทดแทนใยคอลลาเจนที่แตกหักด้วยคอลลาเจนใหม่ แต่เมื่ออายุมากขึ้นความสามารถของผิวที่จะทดแทนคอลลาเจนที่เสียหายก็ลดน้อยลง ช่องว่างและความผิดปกติก็จะเกิดขึ้นในโครงสร้างคอลลาเจน กระบวนการนี้เองที่นำไปสู่ความเหี่ยวย่น หลักการป้องกันและการกำจัด ได้แก่ การลดการเสื่อมสลายของคอลลาเจนและเพิ่มแหล่งให้คอลลาเจน ปัจจัยที่มีส่วนต่อการเสื่อมสลายของคอลลาเจนเร็วขึ้น เช่น แสงอาทิตย์ อนุมูลอิสระ การเปลี่ยนแปลงฮอร์โมนที่เกี่ยวข้องกับวัย และการสูบบุหรี่
