l-карнитин: обзор, применение, польза и вред

Прием l-карнитина при восстановлении после упражнений и, как антиоксидантная добавка против старения

L-карнитин - это природное вещество, необходимое организму для получения энергии. L-карнитин - это производное натуральной аминокислоты, которое часто принимают в качестве добавки. Карнитин - это общий термин для ряда соединений, включая L-карнитин, ацетил-L-карнитин и пропионил-L-карнитин. Карнитин существует в двух формах или изомерах: L-карнитин и D-карнитин. L-карнитин - это активная форма, которая играет роль в метаболизме. Он вырабатывается в организме, но его также можно принимать в качестве добавки или находить во многих различных белковых продуктах. В форме добавок он доступен в виде капсул, жидкости или даже в виде инъекций. 


Учитывая его ключевую роль в окислении жирных кислот и энергетическом обмене, l-карнитин исследовался как эргогенное средство для повышения переносимости физических упражнений у здоровых спортсменов. Ранние исследования показывают его благотворное влияние на острую физическую работоспособность, такое как увеличение максимального потребления кислорода и более высокая выходная мощность. Более поздние исследования указывают на положительное влияние пищевых добавок с l-карнитином на процесс восстановления после упражнений.

Показано, что l-карнитин облегчает травмы мышц и снижает маркеры клеточного повреждения и образования свободных радикалов, что сопровождается уменьшением болезненности мышц. Предполагается, что увеличение содержания l-карнитина в сыворотке и мышцах на основе добавок улучшает кровоток и снабжение мышечной ткани кислородом за счет улучшения функции эндотелия, тем самым уменьшая клеточные и биохимические нарушения, вызванные гипоксией. Исследования на пожилых людях также показали, что потребление l-карнитина может привести к увеличению мышечной массы, сопровождающемуся уменьшением массы тела и уменьшением физической и умственной усталости. На основании текущих исследований на животных предполагается роль l-карнитина в предотвращении возрастной деградации мышечного белка и регуляции митохондриального гомеостаза.

Ключевые слова: l-карнитин, восстановление после упражнений, физическая работоспособность, метаболизм мышц, старение.

Введение

Встречающийся в природе, l-карнитин представляет собой четвертичный амин (3-гидрокси-4-N-триметиламинобутират), обнаруженный у всех видов млекопитающих. После открытия l-карнитина в мышечных экстрактах в 1905 году и его структурной идентификации в 1927 году важность l-карнитина в окислении жирных кислот в печени и сердце была впервые описана Фрицем в 1959 году. Поскольку митохондриальные мембраны непроницаемы для эфиров кофермента A (CoA) и длинноцепочечных жирных кислот, связывание l-карнитина с ацетильными группами через карнитин-ацилтрансферазу необходимо для доставки ацетилированных жирных кислот в митохондрии и их последующего -окисления.

L-карнитин синтезируется эндогенно в печени, почках и головном мозге из незаменимых аминокислот лизина и метионина или попадает в организм через пищевые продукты животного происхождения. Его синтез катализируется ферментативными реакциями и требует витамина C, витамина B6, ниацина и восстановленного железа в качестве кофакторов. На биосинтез l-карнитина приходится только 25% суточных потребностей. Таким образом, требуется добавка либо в рационе, либо в качестве пищевой добавки. Наследственные или приобретенные дефекты транспортных механизмов являются основной причиной дефицита l-карнитина, приводящего к таким патологиям, как кардиомиопатия и миопатия скелетных мышц.

Подсчитано, что у всеядных людей 75% запасов карнитина в организме поступает с пищей. Однако потребление l-карнитина с пищей сильно варьируется. Основным источником является красное мясо, содержащее до 140–190 мг l-карнитина на 100 г сырого мяса (например, говядины и оленины). Напротив, растительные продукты содержат незначительное количество l-карнитина. Как следствие, вегетарианцы получают очень мало l-карнитина из пищевых источников. Тем не менее, польза от L-карнитин в этой популяции остается спорная, поскольку они обладают сравнимой биологической доступностью для L-карнитина в общую популяцию.

Действительно, сообщалось, что дефицит l-карнитина среди вегетарианцев невелик. При меньших запасах l-карнитина в плазме по сравнению с всеядными животными, 12-недельный прием l-карнитина увеличивал как плазменный, так и мышечный карнитин, хотя функция мышц и энергетический метаболизм остались неизменными. Возможно, что механизмы регуляторной обратной связи, ведущие к увеличению абсорбции l-карнитина с пищей и / или синтеза de novo, имеют место для преодоления дефицита l-карнитина и уменьшения потерь с выделением с мочой. О такой возможной адаптации сообщалось у вегетарианцев.

Из-за его накопления в мышцах и сердце, его эргогенного характера и его роли в энергетическом метаболизме, добавка l-карнитина, как предполагается, играет решающую роль в группах больных, где, как было показано, он влияет на лечение ишемической болезни сердца, миопатии и заболевании периферических артерий, а также среди здоровых спортсменов, у которых было показано, что он влияет на способность к физической нагрузке и на восстановление.

Этот всесторонний обзор призван обобщить роль l-карнитина в физиологии мышц с акцентом на восстановление после упражнений у спортсменов, описать некоторые испытания и возможные механизмы. Основываясь на этих знаниях и предполагаемой роли l-карнитина в структуре и функции мышц, также обсуждается роль l-карнитина в здоровье мышц во время старения.

l-карнитин и упражнения

Связь между уровнями l-карнитина, особенно в плазме и мышцах, и повышенной переносимостью физических нагрузок была обнаружена во многих исследованиях. С коммерческой доступностью l-карнитина в начале 1980-х годов были начаты исследования по изучению влияния добавок l-карнитина на метаболизм во время физических упражнений. В свете его фундаментальной роли в -окислении жирных кислот с целью производства энергии и его роли в регуляции пула ацетил-КоА, исследования l-карнитина как эргогенного средства первоначально были сосредоточены на его взаимодействии с упражнение. Arenas et al. впервые сообщили, что добавление 1 г l-карнитина дважды в день в течение 6 месяцев тренировок привело к увеличению уровней l-карнитина в мышцах (общего и свободного) по сравнению с плацебо. У бегунов на выносливость и, в меньшей степени, у спринтеров наблюдалось значительное снижение свободного в мышцах l-карнитина только в результате физических упражнений. Эти уровни были отменены добавлением l-карнитина. В другом исследовании сообщили, что добавление 2 г l-карнитина два раза в день в течение 3 месяцев не влияло на уровни l-карнитина в мышцах. Однако в ходе исследования через три месяца были взяты только биопсии мышц после тренировки, что затрудняет оценку хронических эффектов добавки независимо от упражнений. Действительно, упражнения сами по себе приводят к истощению запасов l-карнитина в мышцах. В двух различных исследованиях Брод и его коллеги сообщили, что добавление 2 или 3 г l-карнитина в течение двух недель привело к улучшению уровней глюкозы и аммиака в плазме, а также к снижению частоты сердечных сокращений, не влияя на метаболизм жиров и углеводов. Возможно, наблюдаемые эффекты поддерживаются другими механизмами, помимо производства энергии. Такие механизмы будут подробно описаны в следующем параграфе.

В других исследованиях изучалось влияние добавок на аэробную способность, окисление жиров, максимальное потребление кислорода и физическую работоспособность. Сообщалось, что добавки с l-карнитином и белком или без него во время тренировок улучшают способность к упражнениям и выносливость. Орер и Гузель показали, что однократное введение 3 или 4 г l-карнитина футболистам перед увеличением скорости бега привело к увеличению скорости при соответствующем уровне лактата в плазме и снижению частоты сердечных сокращений, что свидетельствует о длительной тренировке на истощение.

Силипранди и его коллеги представили доказательства того, что l-карнитин усиливает высокоинтенсивные упражнения, поддерживая постоянное соотношение ацетил-КоА / КоА, тем самым обеспечивая непрерывный поток через комплекс пируватдегидрогеназы и предотвращая накопление лактата. Однако другие исследования дали противоречивые результаты с исходами, не подтверждающими положительного влияния на максимальную аэробную способность, лактатный ответ в крови или изменения соотношения дыхательного обмена во время упражнений. Однако эти исследования, исследовательские по своему характеру, были проведены около 25 лет назад и могут не обладать достаточной тщательностью или надлежащим дизайном.

Например, исследование, проведенное Вуковичем, не показало увеличения содержания l-карнитина в мышцах, что, возможно, объясняет отсутствие пользы. Также возможно, что характер тренировки, продолжительность приема и тестирование влияют, в частности, на реакцию на острую добавку l-карнитина. 

Сообщалось, что содержание l-карнитина в мышцах увеличивалось после длительного перорального приема l-карнитина, в то время как его уровень не повышался после краткосрочного приема. Кроме того, биодоступность l-карнитина в плазме не всегда отражает его уровни в мышцах, что является движущей силой производительности. Было показано, что в сочетании с некоторыми минеральными комплексами l-карнитин улучшает показатели аэробных нагрузок у женщин 18–30 лет.

Во время упражнений от низкой до средней, длинноцепочечные жирные кислоты являются основным источником энергии. Было высказано предположение, что l-карнитин сберегает гликоген в мышцах и способствует окислению жиров во время упражнений, и предполагаемое преобразование жира в энергию, вероятно, отражается в снижении массы тела. Кроме того, было показано, что добавление l-карнитина снижает потребление аминокислот в качестве источника энергии, делая их потенциально доступными для синтеза нового белка. Сообщалось, что при разведении собак, получавших добавку l-карнитина, происходило меньшее расщепление белка в результате физических упражнений. Эти эффекты могут объяснить увеличение мышечной массы как в исследованиях на животных, так и на людях.

Механизмы воздействия l-карнитина на восстановление после физических упражнений

Влияние l-карнитина на травмы мышц во время упражнений

Повреждение мышц и боль, вызванные упражнениями, могут как снизить качество жизни, так и ограничить дальнейшую тренировочную активность. В дополнение к его влиянию на физическую работоспособность, l-карнитин помогает при восстановлении после тренировки с помощью различных механизмов. В пилотном исследовании Maggini et al. рассмотрел вопрос о том, можно ли повысить выходную мощность в период восстановления после напряженной тренировки за счет приема l-карнитина. У 9 из 12 субъектов, получавших 2 г l-карнитина ежедневно в течение 5 дней, наблюдалось значительное увеличение выходной мощности после первоначальных физических нагрузок. Напротив, однократное введение l-карнитина перед исчерпывающими тренировками на велосипеде не улучшило результативность во время второго цикла упражнений через 3 часа.

В перекрестном исследовании Giamberardino et al. показали, что добавление l-карнитина облегчает боль, болезненность и высвобождение креатинкиназы - маркера мышечного повреждения, что указывает на то, что это питательное вещество было эффективным в уменьшении разрушения тканей и последующей утечки цитозольных белков. В серии работ, выполненных Kraemer и его коллегами, было дополнительно подтверждено благоприятное влияние l-карнитина на уменьшение гипоксии, вызванной физической нагрузкой, последующего повреждения мышц и отсроченной болезненности мышц (DOMS).

Используя технику магнитно-резонансной томографии (МРТ), можно было продемонстрировать, что разрушение мышц после напряженных упражнений было уменьшено при ежедневном приеме 2 г l-карнитина по сравнению с плацебо. Это сопровождалось значительным снижением высвобождаемых цитозольных белков, таких как миоглобин и креатинкиназа, малоновый диальдегид (MDA), а также снижением маркеров метаболизма пуринов, таких как гипоксантин и ксантиноксидаза. В исследовании Spiering et al. Сравнивались две разные дозы l-карнитина в отношении влияния на эти метаболические маркеры и субъективно воспринимаемой болезненности мышц. Авторы сообщили, что прием добавок 1 г / день и 2 г / день дает сравнимую пользу, тем самым обеспечивая дополнительные доказательства предполагаемого потенциала l-карнитина. Группа также установила, что добавление l-карнитина-l-тартрата, эквивалентного 2 г l-карнитина в день, в течение 3 недель увеличивает уровень андрогенных рецепторов на мышечных клетках, тем самым улучшая передачу сигналов белков, необходимых для восстановления после упражнений.

Влияние l-карнитина на кровоток и функцию эндотелия

Влияние l-карнитина на функцию эндотелия и высвобождение оксида азота было продемонстрировано в исследованиях на животных и клинических испытаниях на людях.

Кремер и его коллеги разработали новую гипотезу, предполагающую, что добавление l-карнитина снижает структурные и биохимические повреждения мышц и способствует восстановлению тканей, защищая эндотелиальные клетки от дефицита карнитина, тем самым улучшая кровоток и снабжение кислородом. Новая парадигма была основана на ранних исследованиях Dubelaar и Hülsmann. Здесь было продемонстрировано, что сила сокращения мышц у собак была значительно увеличена и сопровождалась повышенным кровотоком после инфузии l-карнитина и в отсутствие повышенного содержания l-карнитина в мышцах.

Кроме того, l-карнитин продлевает способность эндотелиальных клеток регулировать кровоток во время ишемии. Это указывает на механизм, не зависящий от наращивания мышечного l-карнитина и производства энергии. Авторы предположили, что улучшение силы было связано с влиянием на сосудистую сеть, окружающую мышцу. Результаты Nuesch et al. подтвердили этот сосудистый эффект.

Было показано, что у спортсменов, получавших 1 г l-карнитина, уровни карнитина в плазме оставались повышенными после максимальных нагрузок по сравнению со значительным снижением у спортсменов без добавок. Изучая опосредованную потоком дилатацию (FMD) после приема пищи с высоким содержанием жиров, Volek et al. 

Далее рассмотрели влияние l-карнитина на функцию эндотелиальных клеток в перекрестном исследовании. После 3 недель приема l-карнитина постпрандиальный ящур плечевой артерии в ответ на 5-минутную окклюзию плеча увеличился, тогда как в группе плацебо пик ящура снизился. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что l-карнитин благотворно влияет на функцию сосудов за счет модуляции функции эндотелия.

L-карнитин как антиоксидант

Один из потенциальных механизмов, влияющих на роль добавки l-карнитина во время восстановления после упражнений, - это его эффект в смягчении окислительного стресса во время упражнений. Повреждение мышц, особенно во время эксцентрических упражнений (активная сила, вызывающая удлинительные сокращения), вызывается немедленным клеточным и структурным повреждением и последующими биохимическими реакциями во время восстановления тканей. Изменение саркомеров мышечных волокон и окружающей ткани может вызвать долговременную дисфункцию, так что процесс восстановления может продолжаться до 10 дней. Также возможно, что локальная гипоксия, вызванная упражнениями, может способствовать повреждению и воспалению мышц за счет разделения между производством энергии (АТФ из цикла Кребса) и потреблением энергии в клетках. Это может привести к образованию активных форм кислорода (АФК). В конечном итоге, выброс внутриклеточных компонентов в интерстиций и последующее воспаление приводят к DOMS, характеризующемуся болью при движении, болезненностью, а также отеком и ригидностью мышцы. В этих событиях участвуют такие молекулы, как гипоксантин, MDA или креатинкиназа, возникающие в результате разрушения сарколеммы.

Об антиоксидантных эффектах l-карнитина при окислительном стрессе, вызванном физической нагрузкой, также сообщили Parandak et al. Ежедневный прием 2 г l-карнитина в течение 14 дней значительно увеличивал общую антиоксидантную способность по сравнению с плацебо до и через 24 часа после тренировки, тогда как маркеры повреждения мышц и перекисного окисления липидов оставались значительно ниже по сравнению с плацебо. Более того, Parthimos et al. Обнаружили, что добавление l-карнитина после тренировки улучшило общий антиоксидантный статус, что в противном случае наблюдалось у баскетболистов в отсутствие добавок.

Хотя подавляющее большинство этих исследований проводилось на молодых здоровых людях, Хо и его коллеги сначала представили экспериментальные доказательства благоприятного воздействия на восстановление после упражнений у здоровых мужчин среднего возраста, средний возраст 45 лет, и женщин в возрасте 52 года в среднем за год. Опять же, рост маркеров стресса во время и после упражнений, таких как болезненность мышц, по ощущениям испытуемых, был ослаблен добавлением l-карнитина.

l-карнитин и старение: старая молекула, новые применения

Старение может обеспечить будущее направление исследований и использования l-карнитина. В то время как клинические исследования показали, что здоровое население молодого и среднего возраста может извлечь выгоду из приема l-карнитина в физически сложных ситуациях, эффекты l-карнитина у пожилых людей, страдающих от физической усталости, до сих пор неизвестны.

Возрастное снижение массы, силы и общей активности скелетных мышц, называемое саркопенией, является многофакторным возрастным заболеванием. Такие факторы, как снижение подвижности, нутритивного статуса и снижение функции митохондрий, вносят вклад в саркопению.

Сообщалось об изменении белкового метаболизма и снижении синтеза белка с возрастом у пациентов с саркопенией. В то время как у здоровых молодых людей метаболизм белков регулируется балансом протеолитических и анаболических процессов, отсутствует соответствующий синтез белка, сопровождающийся прогрессирующей деградацией во время саркопении, что в конечном итоге приводит к физической слабости у пожилых людей.

Недавнее исследование нематоды Caenorhabditis elegans предложило специфические агрегационные белки, которые вносят вклад в возрастную потерю мышечной массы. Другой механизм, связанный с возрастным снижением мышечной массы, - это постепенная потеря чувствительности к анаболическим стимулам.

На саркопению влияют такие факторы, как диета и физическая активность. Было показано, что синергетический эффект потребления мяса и упражнений с отягощениями увеличивает синтез мышечного белка, а также увеличивает мышечную силу и выносливость у пожилых людей. Более того, дополнительный прием белка может увеличить мышечную массу и силу у пожилых и улучшить их физическую работоспособность. Однако другие исследования показали, что белок сам по себе и без упражнений неэффективен для улучшения мышечной массы и функции в этой популяции.

Все больше данных свидетельствует о том, что l-карнитин может положительно влиять на мышечную массу и восстанавливать возрастное снижение мышечной активности. Было показано, что содержание l-карнитина в мышцах у здоровых людей с возрастом снижается. Кроме того, старение приводит к снижению транскрипции мРНК OCTN2, переносчика l-карнитина, что указывает на то, что тканевое распределение и гомеостаз l-карнитина затрудняются с возрастом. Следовательно, в ряде исследований изучалась роль l-карнитина в процессе старения.

Малагуарнера и др. провел клиническое исследование с участием долгожителей, получавших 2 г l-карнитина в день или плацебо в течение 6 месяцев, и изучил влияние на физическую и умственную усталость. По сравнению с группой плацебо прием добавок привел к увеличению мышечной массы, снижению общей жировой массы и улучшению способности ходить, что свидетельствует о положительном эффекте в этой популяции. Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями той же группы, показавшими, что у пожилых людей жировая масса тела уменьшалась, тогда как мышечная масса увеличивалась. Это сопровождалось значительным снижением физической и умственной усталости.

Прием добавок ацетил-1-карнитина, ацетилированного производного l-карнитина, также снизил физическую и умственную усталость у пациентов в возрасте 70 лет. В двойном слепом рандомизированном плацебо-контролируемом клиническом исследовании с участием пожилых пациентов с недугом и средним возрастом 68 лет Badrasawi et al. продемонстрировали значительное улучшение состояния слабости после 10-недельного приема 1,5 г l-карнитина в день.


В этом рандомизированном плацебо-контролируемом двойном слепом исследовании с участием субъектов в возрасте 55–70 лет исследователи изучали потенциальный синергетический эффект этого нового препарата по сравнению с плацебо после восьминедельного приема добавок.

Было обнаружено, что субъекты значительно улучшили совокупный результат измерения массы тела, мышечной силы и теста 6-минутной ходьбы по сравнению с плацебо, а также увеличили общую мышечную массу, мышечную массу ног и силу ног. Добавление только l-карнитина не показало значительного улучшения составного параметра по сравнению с плацебо, тем не менее, субъекты сохранили как общий балл, так и силу мышц ног по сравнению с исходным уровнем, тогда как в группе плацебо оба показателя снизились в течение курса лечения.

Хотя в более молодом населении ряд исследований не смог показать потерю веса после приема l-карнитина, в недавнем метаанализе Pooyandjoo и его коллеги пришли к выводу, что масса тела значительно снизилась у субъектов, получавших L-карнитин по сравнению с контрольными группами. Исследования, включенные в метаанализ, в основном проводились с участием лиц с ожирением и / или диабетом.

Хотя механизмы, лежащие в основе воздействия l-карнитина на увеличение мышечной массы и функции у пожилых людей, до сих пор неизвестны, некоторые из общих механизмов действия эффектов l-карнитина, показанные в исследованиях на животных и более молодых спортсменах, могут применяться. Превращая жир в энергию, дополнительный l-карнитин позволяет экономить аминокислоты, что приводит к накоплению белка в мышцах свиней. 

Согласно теории свободных радикалов старения, перекисное повреждение способствует процессу старения. Антиоксиданты могут улавливать активные формы кислорода или предотвращать их производство, тем самым снижая окислительный стресс. Антиоксидантные свойства l-карнитина были подтверждены несколькими клиническими исследованиями, предполагающими потенциальный дополнительный механизм действия, посредством которого l-карнитин может препятствовать биохимическим механизмам, лежащим в основе старения тканей.

Еще одним признаком старения является ускоренное повреждение и гибель нейронных клеток, что приводит к уменьшению размера мозга и ухудшению функции мозга. Было высказано предположение, что распад митохондрий может быть преобладающим лежащим в основе событием. Недавно Никассио и его коллеги выявили влияние ацетил-1-карнитина на гомеостаз митохондрий в мозге старых крыс.

Выводы

Как ключевой игрок в метаболизме жирных кислот и выработке энергии, роль l-карнитина при различных показаниях является предметом научных исследований. L-карнитин используется в качестве эргогенного средства для профессиональных спортсменов и в качестве пищевой добавки для физически активного населения.

Множество исследований на людях, проведенных с участием здоровых активных субъектов, спортсменов, тренирующихся с отягощениями, или нетренированных мужчин и женщин, изучали влияние пищевой добавки на физическую работоспособность, кислородную емкость или мышечную силу. Совсем недавно клинические исследования перешли к оценке гипотезы о том, что прием l-карнитина способствует процессу восстановления после физических упражнений. Научные данные показывают, что спортивное население может получить пользу от приема l-карнитина, поскольку он ослабляет побочные эффекты высокоинтенсивных тренировок за счет уменьшения выраженности гипоксии и мышечных травм, вызванных физическими упражнениями.

В здоровых условиях и в отсутствие стресса доступность l-карнитина не является ограничивающим фактором β-окисления жирных кислот. Его гомеостаз сильно регулируется биодоступностью, транспортом и выделением с мочой. Тем не менее, в условиях с аберрациями, такими как врожденный или приобретенный дефицит карнитина, гемодиализ или у пациентов с саркопенией и ослабленных пациентов, добавление l-карнитина, как было показано, увеличивает физическую работоспособность, а также мышечную массу и функцию.

Возрастное снижение мышечной массы можно обратить вспять как с помощью физической активности, так и с помощью питания. В то время как упражнения на выносливость могут быть трудными для пожилых людей, пищевые добавки в сочетании с умеренными упражнениями могут быть потенциальной стратегией для замедления саркопении, как одного из признаков слабости у пожилых людей.

Растущее число исследований на животных предоставило доказательства многогранных механизмов, с помощью которых l-карнитин оказывает благотворное действие на усиление синтеза белка и уменьшение деградации мышц. Кроме того, предполагается, что регуляция митохондриального гомеостаза с помощью l-карнитина во время старения влияет на возрастное снижение. Таким образом, пищевые добавки с l-карнитином могут способствовать процессу старения, препятствуя прогрессированию мышечной массы и снижению функций, а также нейродегенерации. В этой области необходимы дальнейшие исследования.

В заключение, учитывая влияние структурных и симптоматических последствий упражнений высокой интенсивности, т. е. Ухудшение мышечных саркомеров и боли, которые не только снижают качество жизни, но и уменьшают возможности для дальнейших тренировок, l-карнитин способствует восстановлению после упражнений. добавки особенно полезны для здорового молодого активного населения.

Более того, пожилые люди, у которых наблюдается снижение мышечной массы и функции, снижение содержания l-карнитина в мышцах и митохондриальная дисфункция, также могут извлечь выгоду из положительного воздействия добавок с l-карнитином. В частности, с ростом числа пожилых людей, занимающихся умеренными физическими нагрузками, роль l-карнитина в этой демографической группе будет продолжать приобретать все большее значение.