Karnityna – rola biologiczna, źródła i potencjalne zastosowania kliniczne

Wprowadzenie

Ponieważ karnityna może być syntetyzowana w organizmie z aminokwasu egzogennego – lizyny – część badaczy nie zalicza jej do witamin. Inni argumentują, że podobnie jak niacyna (powstająca z tryptofanu) karnityna spełnia kryteria "witaminy warunkowej", zwłaszcza u osób z upośledzoną syntezą endogenną lub zwiększonym zapotrzebowaniem.

Mechanizm działania i znaczenie metaboliczne

1. Transport kwasów tłuszczowych do mitochondriów
2. Karnityna tworzy z długołańcuchowymi kwasami tłuszczowymi estry (acylokarnityny), które są przenoszone przez błonę mitochondrialną. Po dostarczeniu na wewnętrzną powierzchnię błony kwas tłuszczowy zostaje odłączony i włączony do β-oksydacji, a tym samym "spalony" z wytworzeniem energii.
3. Usuwanie toksycznych metabolitów
4. W trakcie metabolizmu komórkowego powstają liczne pośrednie produkty przemiany materii. Karnityna uczestniczy w ich eksportowaniu z mitochondriów i komórki, wiążąc nadmiar grup acylowych w formie łatwo wydalanych estrów. Prawidłowy poziom karnityny sprzyja więc nie tylko produkcji energii, lecz także detoksykacji komórkowej.
5. Skutki niedoboru
6. Deficyt karnityny prowadzi do ograniczenia utleniania kwasów tłuszczowych, spadku produkcji ATP oraz gromadzenia lipidów i ich metabolitów w tkankach, szczególnie w narządach o wysokim zapotrzebowaniu energetycznym – sercu, mięśniach szkieletowych, nerkach i wątrobie. Objawia się to zmęczeniem, obniżoną tolerancją wysiłku, zaburzeniami pracy serca, a w ciężkich przypadkach – uszkodzeniem mięśnia sercowego i mięśni szkieletowych.

Synteza endogenna, kofaktory i źródła pokarmowe

Karnityna powstaje z lizyny (oraz innych aminokwasów uczestniczących pośrednio w szlaku) głównie w wątrobie i nerkach. Do jej syntezy niezbędne są m.in. żelazo oraz witaminy: niacyna (B₃), pirydoksyna (B₆) i kwas askorbinowy (C). Zaburzenia wchłaniania, przewlekłe niedożywienie, dieta wysokotłuszczowa, długotrwałe stosowanie niektórych leków czy przewlekła dializoterapia mogą prowadzić do wtórnych niedoborów.

Naturalne źródła pokarmowe karnityny:

• wołowina, wieprzowina,
• mięso drobiowe (kurczak),
• ryby (m.in. dorsz),
• mleko i przetwory mleczne (w tym lody),
• awokado,
• pieczywo pełnoziarniste,
• szparagi.

Dieta ściśle wegetariańska lub wegańska zawiera relatywnie małe ilości karnityny, co – przy współistnieniu innych czynników ryzyka – może sprzyjać jej niedoborom.

Możliwe wskazania kliniczne

Na podstawie danych z badań klinicznych i obserwacyjnych wymienia się szereg sytuacji, w których suplementacja karnityną może przynieść korzyści jako terapia wspomagająca, nigdy jednak nie zastępująca leczenia standardowego.

1. Choroby układu krążenia

Lista potencjalnych wskazań obejmuje: chorobę wieńcową, ostry zawał i martwicę mięśnia sercowego, zastoinową niewydolność serca, zaburzenia rytmu, kardiomiopatie, rodzinną fibroelastozę wsierdzia, samoistne wypadanie płatka zastawki mitralnej oraz kardiotoksyczność polekową.

• Choroba wieńcowa
• Suplementacja L-karnityną wiązała się w badaniach z normalizacją zużycia tlenu przez mięsień sercowy, poprawą tolerancji wysiłku i subiektywnej wydolności. W jednym z badań pacjenci przyjmujący 2000 mg L-karnityny przez 6 miesięcy wykazywali wyraźny wzrost tolerancji wysiłkowej w porównaniu z chorymi leczonymi standardowo.
• Zastoinowa niewydolność serca
• Poprawa utleniania kwasów tłuszczowych może zwiększać sprawność mechanizmu pompowego serca. U pacjentów z niewydolnością serca stosowanie L-karnityny przez 6 miesięcy skutkowało średnio ~25-procentowym wydłużeniem czasu wysiłku oraz około 14-procentowym wzrostem objętości wyrzutowej.
• Zaburzenia rytmu serca
• Zwiększenie dostępności energii w kardiomiocytach może stabilizować przewodnictwo. W badaniach obserwowano zmniejszenie częstości zaburzeń rytmu zarówno u chorych z chorobą wieńcową, jak i u pacjentów dializowanych.
• Wpływ na profil lipidowy
• L-karnityna może korzystnie modulować stężenie lipidów. U pacjentów z hipercholesterolemią jej suplementacja była związana z:
• obniżeniem stężenia cholesterolu LDL nawet do 20%,
• spadkiem triglicerydów ok. 15%,
• wzrostem stężenia cholesterolu HDL do 10%.
• Poprawa tych parametrów jest jednym z podstawowych elementów profilaktyki chorób sercowo-naczyniowych.

2. Nerki i hemodializa

Nerki stanowią ważne miejsce syntezy karnityny, dlatego przewlekłe choroby nerek i hemodializa istotnie zaburzają jej gospodarkę. Podczas zabiegów dializacyjnych dochodzi do utraty znacznych ilości karnityny oraz spadku jej syntezy; poziom w surowicy może obniżać się nawet o 80%.

U pacjentów dializowanych suplementacja L-karnityną:

• skutecznie obniżała stężenie triglicerydów i podnosiła poziom HDL,
• zmniejszała ryzyko powikłań sercowo-naczyniowych,
• łagodziła objawy niedokrwistości przewlekłej (wzrost hematokrytu, hemoglobiny, liczby erytrocytów),
• redukowała objawy mięśniowe (skurcze, osłabienie),
• prowadziła do ustępowania dławicy i zaburzeń rytmu serca pojawiających się w trakcie dializy.

3. Wątroba i zaburzenia metabolizmu tłuszczów

Karnityna jest niezbędna w wątrobie do prawidłowego metabolizmu kwasów tłuszczowych. Niedobór tego związku może sprzyjać rozwojowi stłuszczenia i marskości wątroby, zarówno w przebiegu przewlekłych zapaleń wirusowych, jak i nadużywania alkoholu.

• Alkohol upośledza utlenianie kwasów tłuszczowych i zwiększa ich stężenie w wątrobie.
• Karnityna, w przeciwieństwie do takich czynników lipotropowych jak cholina, niacyna czy cysteina, w istotnym stopniu hamuje i odwraca alkoholowe stłuszczenie wątroby.
• Suplementacja u pacjentów z marskością wątroby może:
• obniżać poziom wolnych kwasów tłuszczowych, triglicerydów i aktywności enzymów wątrobowych w surowicy,
• jednocześnie podwyższać stężenie cholesterolu HDL.

Odpowiednio wysoki poziom karnityny w wątrobie jest szczególnie ważny u osób narażonych na przewlekłe uszkodzenie tego narządu (alkohol, leki hepatotoksyczne, choroby metaboliczne).

4. Płodność mężczyzn

Najwyższe stężenia karnityny stwierdza się w najądrzu, gdzie plemniki dojrzewają i nabywają zdolności ruchu. Stężenie karnityny w nasieniu dodatnio koreluje z liczbą i ruchliwością plemników.

Badania wykazały, że:

• niski poziom wolnej karnityny w płynie nasiennym wiąże się z mniejszą koncentracją i ruchliwością plemników oraz wyższym ryzykiem niepłodności;
• suplementacja L-karnityną u mężczyzn z oligo- i astenozoospermią zwiększa liczbę i ruchliwość plemników, poprawiając zarówno ich jakość, jak i ilość.

5. Choroby neurodegeneracyjne i zaburzenia funkcji poznawczych

Szczególne znaczenie w neurologii ma acetylo-L-karnityna (ALC), której struktura jest zbliżona do acetylocholiny – neuroprzekaźnika odpowiedzialnego m.in. za procesy pamięciowe. Dodanie grupy acetylowej umożliwia przekraczanie bariery krew–mózg i bezpośredni wpływ na neurony.

Choroba Alzheimera, depresja starcza, zaburzenia pamięci:

• ALC wspiera metabolizm energetyczny mózgu oraz procesy neuroplastyczności.
• W badaniach klinicznych stosowanie ALC u chorych z wczesną chorobą Alzheimera, depresją starczą i łagodnymi zaburzeniami poznawczymi prowadziło do spowolnienia postępu choroby i poprawy wyników testów neuropsychologicznych w porównaniu z grupą kontrolną.
• U osób starszych ALC łagodziła objawy depresyjne, poprawiała funkcje poznawcze i jakość życia.

6. Choroby płuc i wydolność fizyczna

W przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc (POChP) nawet niewielki wysiłek fizyczny może powodować znaczną duszność. W jednym z badań zastosowanie L-karnityny w dawce 2 g trzy razy dziennie u chorych z przewlekłą niewydolnością oddechową doprowadziło do wyraźnej poprawy tolerancji wysiłku.

Ogólnie, dzięki poprawie wykorzystania tłuszczów jako paliwa energetycznego, karnityna może zwiększać wydolność wysiłkową, co jest istotne zarówno u pacjentów z chorobami przewlekłymi, jak i u osób trenujących sporty wytrzymałościowe.

7. Inne wskazania

Na liście potencjalnych zastosowań karnityny znajdują się również:

• dystrofie mięśniowe i inne miopatie metaboliczne,
• wrodzone wady metabolizmu aminokwasów i organiczne acydurie (glutaronowa, izowalerianowa, propionowa, metylomalonowa) – karnityna wiąże toksyczne metabolity w formie wydalanych estrów,
• cukrzyca i zaburzenia gospodarki węglowodanowo-lipidowej,
• AIDS – jako element wspierający metabolizm energetyczny,
• ogólne osłabienie wydolności fizycznej i przewlekłe zmęczenie.

Skuteczność w tych wskazaniach jest różna i często opiera się na mniejszych badaniach; karnityna powinna być traktowana jako uzupełnienie postępowania standardowego.

Różne formy karnityny i ich profil działania

W organizmie stosuje się kilka form karnityny o dobrze poznanej strukturze i funkcji. Działają one synergistycznie, wspierając różne narządy.

1. L-karnityna

• podstawowa forma odpowiedzialna głównie za transport kwasów tłuszczowych i produkcję energii;
• preferowane "paliwo" dla mięśnia sercowego i mięśni szkieletowych;
• nie przechodzi przez barierę krew–mózg.

1. Acetylo-L-karnityna (ALC)

• dzięki grupie acetylowej przekracza barierę krew–mózg;
• poprawia metabolizm energetyczny mózgu, wspiera pamięć, koncentrację i procesy uczenia się;
• działa neuroprotekcyjnie, może spowalniać procesy neurodegeneracyjne.

1. Arginina acetylo-L-karnityny

• połączenie z argininą zwiększa produkcję tlenku azotu, co poprawia rozszerzalność naczyń i ukrwienie kończyn oraz mózgu;
• sprzyja lepszemu wykorzystaniu karnityny i może dodatkowo zwiększać liczbę oraz ruchliwość plemników;
• wykazuje działanie ochronne na komórki nerwowe, stymulując ich wzrost i regenerację.

1. Taurynian acetylo-L-karnityny

• łączy właściwości karnityny z działaniem tauryny;
• wspiera funkcjonowanie serca, wątroby i narządu wzroku, podnosząc ich potencjał energetyczny.

1. gPLC – glicyno-propionylo-L-karnityna

• dodatek glicyny poprawia wchłanianie jelitowe karnityny i szybsze jej pojawienie się we krwi;
• obecność reszty propionylowej zwiększa wykorzystanie karnityny przez komórki, zwłaszcza w mięśniu sercowym i mięśniach szkieletowych;
• szczególnie przydatna u osób uprawiających sporty wytrzymałościowe – ułatwia przejście z metabolizmu węglowodanów na wykorzystanie tłuszczów jako źródła energii;
• stanowi wartościowy element programów wzmacniania serca i naczyń.

Podsumowanie funkcjonalne poszczególnych form:

• L-karnityna – spalanie tłuszczów i produkcja energii, głównie mięśnie i serce,
• Acetylo-L-karnityna – funkcje poznawcze i praca mózgu,
• gPLC – serce i tętnice, wydolność fizyczna,
• Arginina acetylo-L-karnityny – ośrodkowy i obwodowy układ nerwowy, ukrwienie tkanek,
• Taurynian acetylo-L-karnityny – serce, wątroba, narząd wzroku.

Dawkowanie i aspekty praktyczne

Preparaty łączące różne formy karnityny pozwalają na jednoczesne oddziaływanie na wiele układów. W przytoczonych opracowaniach sugerowana dzienna podaż karnityny – w zależności od wskazań i postaci – mieści się zazwyczaj w zakresie od kilkuset do kilku gramów na dobę. Ulotka wskazuje, że optymalna łączna dzienna porcja wieloskładnikowego preparatu może wynosić około 330–900 mg, natomiast w badaniach klinicznych w określonych jednostkach chorobowych stosowano dawki wyższe (np. 2 g karnityny 3 razy dziennie w POChP).

Dobór dawki i decyzja o suplementacji powinny zawsze należeć do lekarza, z uwzględnieniem:

• stanu klinicznego pacjenta,
• współistniejących schorzeń (zwłaszcza nerek i wątroby),
• przyjmowanych leków,
• sposobu żywienia.

Wnioski

Karnityna jest kluczowym elementem metabolizmu kwasów tłuszczowych i homeostazy energetycznej organizmu. Jej znaczenie jest szczególnie duże w narządach o wysokim zapotrzebowaniu na energię – sercu, mięśniach szkieletowych, wątrobie, nerkach i mózgu. Niedobór karnityny może przyczyniać się do rozwoju licznych zaburzeń, a w wielu jednostkach chorobowych suplementacja – zwłaszcza w formie L-karnityny i acetylo-L-karnityny – przynosi wymierne korzyści jako terapia wspomagająca.

Potencjalne zastosowania obejmują m.in. choroby układu krążenia, przewlekłą chorobę nerek i hemodializę, schorzenia wątroby, zaburzenia płodności męskiej, chorobę Alzheimera, depresję starczą, POChP oraz różne wrodzone defekty metabolizmu. Wymienione efekty opierają się jednak głównie na badaniach o zróżnicowanej jakości metodologicznej; konieczne są dalsze, dobrze zaprojektowane próby kliniczne, aby jednoznacznie określić miejsce karnityny w standardach terapii.

Z punktu widzenia praktyki klinicznej karnityna – szczególnie w postaci preparatów łączących kilka jej form – może stanowić wartościowy element leczenia wspomagającego, pod warunkiem indywidualnej oceny korzyści i ryzyka oraz ścisłego nadzoru lekarskiego.