l-karnitin pótlás a testmozgás utáni helyreállításban

Roger Fielding

1 Tufts University, Harrison Avenue 136, Boston, MA 02111, USA; [email protected]

Linda Riede

James P. Lugo

3 Lonza Inc., 90 Boroline Road, Allendale, NJ 07401, USA; [email protected]

Aouatef Bellamine

3 Lonza Inc., 90 Boroline Road, Allendale, NJ 07401, USA; [email protected]

Absztrakt

Tekintettel a zsírsav-oxidációban és az energia-anyagcserében betöltött kulcsfontosságú szerepére, az l-karnitint ergogén segítségként vizsgálták az egészséges atlétikai populáció mozgóképességének fokozásában. A korai kutatások azt mutatják, hogy jótékony hatásai vannak az akut fizikai teljesítményre, például a maximális oxigénfogyasztás és a nagyobb teljesítmény. Későbbi vizsgálatok rámutattak az l-karnitin étrend-kiegészítés pozitív hatására a testmozgás utáni gyógyulási folyamatra. Kimutatták, hogy az l-karnitin enyhíti az izomkárosodást, és csökkenti a sejtkárosodás és a szabad gyökök képződésének markereit, melyeket izomfájdalom csillapítása kísér. Javasoljuk, hogy a szérum és az izom l-karnitin tartalmának kiegészítésen alapuló növelése javítsa az izomszövet véráramlását és oxigénellátását az endotheliális funkció javulásával, ezáltal csökkentve a hipoxia okozta sejtes és biokémiai rendellenességeket. Idősebb felnőtteknél végzett vizsgálatok azt is kimutatták, hogy az l-karnitin bevitele megnövekedett izomtömeghez vezethet, amely a testtömeg csökkenésével és a fizikai és szellemi fáradtság csökkenésével jár. A jelenlegi állatkísérletek alapján az l-karnitin szerepe javasolt az életkorral összefüggő izomfehérje-lebontás megelőzésében és a mitokondriális homeosztázis szabályozásában.

1. Bemutatkozás

A természetben előforduló l-karnitin egy kvaterner amin (3-hidroxi-4-N-trimetil-amino-butirát), amely minden emlősfajban megtalálható. Miután 1905-ben felfedezték az izomkivonatokban az l -karnitint [1], és 1927-ben strukturálisan azonosították [2], az l -karnitin jelentőségét a máj és a szív zsírsav-oxidációjában Fritz írta le először 1959-ben [3]. ]. Mivel a mitokondriális membránok áthatolhatatlanok a koenzim A (CoA) észterek és a hosszú láncú zsírsavak számára, az l-karnitin acetilcsoportokhoz való kötődése karnitin-aciltranszferázon keresztül elengedhetetlen az acetilezett zsírsavak mitokondriumba történő transzferjéhez és későbbi β-oxidációjához. a mátrixban (1. ábra) [4]. A β-oxidáció termékeit (két szénmolekula) a Krebs-ciklus felhasználja az adenozin-trifoszfát (ATP) előállítására energia formájában. Az 1 -karnitint elismerték a szabad CoA/acetil-CoA arány pufferelésében játszott alapvető biológiai funkciójáról is. Az acil-CoA felesleges képződésével járó stressz körülmények között az l-karnitin transzészterezése potenciálisan elősegíti a szubsztrát mozgását a Krebs-ciklusban.

l -karnitin funkció. Az l -karnitin hosszú láncú zsírsavakat szállít a mitokondriumokban egy hosszú láncú acetilkarnitin-észter képződésével. A komplexet ezután a karnitin-palmitoil-transzferáz I (CPT I) és a karnitin-palmitoiltranszferáz II (CPT II) szállítja a mitokondriális mátrixba. A zsírsavakat ezután a β-oxidációs folyamat során lebontják, hogy a 2 szénatomot tartalmazó molekulák a Krebs-ciklusba jussanak, ami energiatermeléshez vezet adenozin-trifoszfát (ATP) formájában. Ezenkívül egy acetilcsoport megkötésével az l-karnitin képes fenntartani az acetil-CoA és a koenzim A szintjét, játszva pufferelő szerepét.

Becslések szerint mindenevő embernél a test karnitin-készletének 75% -a étrendi bevitelből származik [7,9]. Az l-karnitin étrendi bevitele azonban nagyon változó. Az elsődleges forrás a vörös hús, amely 140–190 mg l -karnitint tartalmaz 100 g nyers húsra (pl. Marhahús és őzgerinc) [14]. Ezzel szemben a növényi eredetű élelmiszerek jelentéktelen mennyiségben tartalmaznak l-karnitint. Ennek eredményeként a vegetáriánusok nagyon kevés l -karnitint nyernek táplálékból. Azonban az l-karnitin-kiegészítés előnyei ebben a populációban még mindig ellentmondásosak, mivel hasonló biológiai hozzáférhetőséggel rendelkeznek az l-karnitin számára az általános populációhoz képest [12]. Valójában arról számoltak be, hogy a vegetáriánusok körében az l-karnitin hiány mérsékelt [15]. A plazmában kisebb l-karnitin-raktárak, mint az omnivorok, az 12-hetes l-karnitin-kiegészítés mind a plazmában, mind az izom-karnitinban megnövelte, bár az izomfunkció és az energia-anyagcsere változatlan maradt [16]. Lehetséges, hogy az l-karnitin étrendi abszorpciójának növekedéséhez vezető szabályozási visszacsatolási mechanizmusok [17] és/vagy de novo szintézis [18] zajlanak le az l-karnitin hiányának leküzdésére és a vizeletürítéssel történő veszteség csökkentésére. Ilyen lehetséges alkalmazkodást jelentettek vegetáriánusoknál [16].

Míg az étrendi forrásokból származó l-karnitin biológiai hozzáférhetőségét 54–86% -ra becsülték [17], a táplálék-kiegészítők felszívódása alacsonyabbnak, és az adagok között változó volt, az egyszeri orális adag 9–25% -os felvétele mellett. 2 g dózis [17,19]. A bevitt l-karnitin egy részét a bélben lévő mikrobiális fajok metabolizálhatják. Állatkísérletek során bebizonyosodott, hogy a fel nem szívódott kvaterner aminok, például a kolin, foszfatidilkolin, betain vagy az 1-karnitin bél mikroorganizmusok révén metabolizálódhatnak a köztitermék-trimetil-amin (TMA) előállítására. A TMA-t ezt követően a bél abszorbeálja és a májban lévő flavin-mono-oxigenázok (FMO) oxidálják, így trimetil-amin-N-oxidot (TMAO) termelnek [20]. Ezek a konverziók azonban a mikroflórától és a különböző kvaterner aminok bél mikrobiális populációkhoz való affinitásától függenek. Nemrégiben beszámoltak arról, hogy a kolin TMA-vá történő átalakulását anaerob baktériumok katalizálják, míg az l-karnitin átalakulása aerob folyamat, ami arra utal, hogy az l-karnitin a TMA-termelés nem hatékony forrása. Hasonló folyamat történhet a bélben [21].

Az izomban és a szívben való felhalmozódása, ergogén jellege és az energia-anyagcserében betöltött szerepe miatt az l-karnitin-kiegészítés fontos szerepet játszik a beteg populációkban, ahol bebizonyosodott, hogy hatással van az ischaemiás szívbetegségek, a myopathia kezelésére és a perifériás artériás betegség [22,23,24], valamint az egészséges sportolók körében, ahol kimutatták, hogy modulálja a testmozgást és a gyógyulást [25,26,27,28].

Ennek az átfogó áttekintésnek az a célja, hogy összefoglalja az l-karnitin szerepét az izomfiziológiában, különös tekintettel a sportolók testgyakorlás utáni gyógyulására, ismertesse a kísérletek egy részét és a lehetséges mechanizmusokat. Ezen tanulás és az l -karnitin javasolt szerepe az izomszerkezetben és -működésben az l -karnitin szerepét is megvizsgálja az izom egészségében az öregedés során.

2. Módszertan

A szakirodalom keresése a „PubMed” adatbázisban történt. Alapvető keresési karaktersorozatként a „karnitin ÉS testmozgás és gyógyulás” szöveget használták az emberi klinikai vizsgálatok szűrőjével kombinálva. A címek és az absztraktok alapján megítélték a publikációk relevanciáját. Kizárták azokat a vizsgálatokat, amelyekben az l -karnitint más termékekkel (több összetevős kiegészítők) együtt adták, vagy az eredmény nem volt összefüggésben a testgyakorlás utáni helyreállítással. Az angol, német vagy francia nyelven kívüli további publikációkat kizártuk. További klinikai vizsgálatokat az azonosított cikkek publikációs listájának figyelmes elolvasásával azonosítottak.

3. l -Karnitin és testmozgás

Asztal 1

Összefoglaló klinikai vizsgálatokból, amelyek az l-karnitin hatását vizsgálják a testmozgás teljesítményére és a gyógyulásra.

Használt rövidítés: BID: naponta kétszer; d: nap; hét: hét; hó: hónap; CHO: szénhidrátok; Pl: placebo; LC: 1-karnitin; PDH: piruvát-dehidrogenáz; VO2max: maximális oxigénfelvétel; CK: kreatin-kináz; IGFBP-3: inzulinszerű növekedési faktort kötő fehérje-3; RQ: légzési hányados; LA: laktát; BE: alapfelesleg; TBARS: tiobarbitursavval reakcióképes anyagok; RERmax: maximális légzéscsere arány; Pmax: maximális teljesítmény; LDL-C: alacsony sűrűségű lipoprotein koleszterin; HDL-C: nagy sűrűségű lipoprotein koleszterin; apoA1: Apolipoprotein A1; apoB: apolipoprotein B; mTOR: a rapamicin mechanisztikus célpontja.

Alacsony vagy közepes testmozgás során a hosszú szénláncú zsírsavak jelentik a fő energiaforrást. Azt javasolták, hogy az l-karnitin az izmok glikogénjét kíméli és elősegíti a zsír oxidációját edzés közben, és a zsír energiává történő javasolt átalakulását valószínűleg a testtömeg csökkenése tükrözi [48,49,50]. Ezenkívül az l-karnitin pótlás kimutatta, hogy megkíméli az aminosav felhasználását energiaforrásként, amely potenciálisan elérhetővé teszi az új fehérjeszintézis számára [51]. Beszámoltak arról, hogy az l-karnitinnel kiegészített kutyák nevelése kevésbé gyakorolta a fehérje lebomlását a testmozgás következtében [52]. Ezek a hatások magyarázhatják mind az állatkísérletek, mind az emberi kísérletek során jelentett izomtömeg-növekedést [52,53].

4. Az l-karnitin hatása a testgyakorlás utáni helyreállításra

4.1. Az l-karnitin hatása az izmok sérülésére a testmozgás során

A testmozgás okozta izomkárosodás és fájdalom egyaránt ronthatja az életminőséget és korlátozhatja a további edzést. A testmozgás teljesítményére gyakorolt hatása mellett az l-karnitinról különféle mechanizmusok segítségével írták le az edzés utáni gyógyulást. Egy kísérleti kísérlet során Maggini et al. kitért arra, hogy a megerőltető edzést követő helyreállítási időszak teljesítménye növelhető-e az l-karnitin bevitelével [59]. A 12 alany közül 9-ben 5 napos napi 2 g l-karnitin-kezelésben részesült, a kezdeti megerőltető testmozgás után jelentősen nőtt a teljesítmény. Ezzel szemben az l-karnitin egyszeri adagolása a kimerítő kerékpáros edzés előtt nem javította a teljesítményt egy második testmozgás során 3 óra elteltével [60].

4.2. Az l-karnitin hatása a véráramlásra és az endothel működésére

Állatkísérletek és humán klinikai vizsgálatok igazolták az l-karnitin endoteliális funkciójára és a nitrogén-oxid felszabadulására gyakorolt hatását [56,63,67,68,69].

4.3. l-karnitin antioxidánsként

Az egyik lehetséges mechanizmus, amely részt vesz az l -karnitin kiegészítésben a testgyógyulás során, az a hatása, hogy enyhíti az oxidatív stresszt a testmozgás során. Az izomkárosodást, különösen az excentrikus testmozgás során (aktív erő, amely meghúzódó összehúzódásokat generál), az azonnali sejtes és szerkezeti sérülések, valamint a szövetjavítás során bekövetkező biokémiai válaszok okoznak [70,71]. Az izomrost-szarkomerek és a környező szövetek megváltoztatása hosszú távú diszfunkciókat okozhat, így a gyógyulási folyamat akár 10 napig is folytatódhat [72]. Az is lehetséges, hogy a testmozgás által kiváltott helyi hipoxia hozzájárulhat az izom sérüléséhez és gyulladásához azáltal, hogy elválasztja az energiatermelést (ATP a Krebs-ciklusból) és a sejtek energiafogyasztását. Ez reaktív oxigénfajok (ROS) kialakulásához vezethet. Végső soron az intracelluláris komponensek felszabadulása az interstitiumba és az azt követő gyulladás DOMS-hoz vezet, amelyet a mozgás fájdalma, érzékenysége, valamint az izom duzzanata és merevsége jellemez [73]. Olyan molekulák vesznek részt ezekben az eseményekben, mint a hipoxantin, az MDA vagy a szarkolemmális megbomlásból származó kreatin-kináz [73].

Az l-karnitin antioxidáns hatásáról a testmozgás által kiváltott oxidatív stresszre Parandak és munkatársai is beszámoltak. [64]. A napi 2 g l-karnitin 14 napos kiegészítése jelentősen megnövelte a teljes antioxidáns kapacitást a placebóhoz képest a testmozgás előtt és után 24 órával, míg az izomkárosodás és a lipidperoxidáció markerei szignifikánsan alacsonyabbak maradtak a placebóhoz képest [64]. Továbbá, Parthimos és mtsai, azt találták, hogy az edzés utáni l-karnitin kiegészítés javította a teljes antioxidáns státuszt, amelyet egyébként a kosárlabdázóknál figyeltek meg pótlás hiányában [74].

Míg e vizsgálatok túlnyomó részét fiatal, egészséges alanyokon végezték, Ho és munkatársai először kísérleti bizonyítékot szolgáltattak a középkorú, átlagosan 45 éves, és az 52 éves nők egészséges testmozgást követő kedvező hatására a gyógyulásra. évi átlag [65]. Ismételten a stressz markerek emelkedését edzés közben és után, például az izomfájdalmat, ahogyan azt az alanyok érzékelik, az l-karnitin kiegészítés csillapította.

5. l-karnitin és öregedés: régi molekula, új felhasználások

A szarkopéniát olyan tényezők befolyásolják, mint az étrend és a fizikai aktivitás [79]. Kimutatták, hogy a húsfogyasztás és az ellenállási gyakorlat szinergikus hatása növeli az izomfehérje szintézist [80], valamint az idősek izomerejét és állóképességét [81]. Ezenkívül a kiegészítő fehérjebevitel növelheti az idősek izomtömegét és erejét [82,83], és javíthatja fizikai teljesítményüket [84]. Más tanulmányok azonban azt mutatták, hogy a fehérje önmagában és testmozgás nélkül nem hatékony az izomtömeg és a funkció javításában ebben a populációban [85].

Egyre növekvő bizonyítékok arra utalnak, hogy az l-karnitin pozitívan befolyásolhatja az izomtömeget és visszaállíthatja az izom működésének életkorfüggő csökkenését. Az izom-l-karnitin-tartalom egészséges életkor előrehaladtával csökken. [86] Ezenkívül az öregedés az O-karnitin transzporter, az OCTN2 mRNS [87] transzkripciójának csökkenéséhez vezet, ami azt jelzi, hogy az 1-karnitin szöveteloszlása és homeosztázisa akadályozza az időskort. Következésképpen számos tanulmány vizsgálta az l-karnitin szerepét az öregedés folyamatában.

Noha a fiatalabb populációban számos tanulmány nem tudta kimutatni a fogyást az l-karnitin bevétele után [89], egy nemrégiben készült metaanalízis során Pooyandjoo és munkatársai arra a következtetésre jutottak, hogy a testtömeg jelentősen csökkent azoknál az egyéneknél, akik l-karnitin összehasonlítva a kontroll csoportokkal. A metaanalízisbe bevont vizsgálatokat többnyire elhízott és/vagy cukorbetegeknél végezték [90].

Bár az l-karnitin idősebb emberek izomtömegének és működésének elősegítésében kifejtett hatásainak mechanizmusai még mindig nem ismertek, az állatkísérletekben és fiatalabb sportolókban bemutatott néhány általános l-karnitin hatásmechanizmus alkalmazható. A zsír energiává történő átalakításával a kiegészítő l-karnitin lehetővé tette az aminosavak kímélését, ezáltal fehérje felhalmozódást eredményezett a sertés izomában [51]. Keller és munkatársai bemutatták az l -karnitin szerepét a malacok vázizomának ubiquitin proteasome rendszerében részt vevő gének transzkripciós szabályozásában, jelezve azt a lehetséges mechanizmust, amellyel az l -karnitin megakadályozza az izomfehérje lebomlását [91]. Ezenkívül az l-karnitin az IGF-1 és az Akt szintjének növekedését jelentette, ezáltal indukálva a rapamicin (mTOR) jelátviteli útvonalat, amely a fehérje anabolizmusának kulcsmodulátora [92].

Amint azt az öregedés szabadgyökei elmélete feltételezi, a peroxidatív károsodás elősegíti az öregedés folyamatát [93]. Az antioxidánsok képesek eltávolítani a reaktív oxigénfajtákat vagy megakadályozni azok termelését, enyhítve ezzel az oxidatív stresszt. Az l-karnitin antioxidáns tulajdonságait számos klinikai vizsgálat jelezte [64,74,94], ami további lehetséges hatásmódot javasol, amellyel az l-karnitin gátolhatja a szövet öregedésének hátterében álló biokémiai mechanizmusokat.

Az öregedés másik jellemzője a felgyorsult idegsejtek sérülése és halála, amely agyi zsugorodáshoz és az agy működésének csökkenéséhez vezet. Felvetették, hogy a mitokondriális bomlás lehet a domináns mögöttes esemény [95]. Nemrégiben Nicassio és munkatársai azt javasolták, hogy az acetil-l-karnitin befolyásolja az öreg patkányok agyának mitokondrium homeosztázisát [96].

6. Következtetések

A zsírsav-anyagcsere és az energiatermelés kulcsszereplőjeként az l-karnitin szerepe a különböző indikációkban tudományos kutatás tárgyát képezte. Az l -karnitint ergogén segédeszközként használják a hivatásos sportolók számára és étrend-kiegészítőként a fizikailag aktív lakosság körében. Rengeteg egészséges, aktív alanyon, ellenállással edzett sportolóval vagy képzetlen férfival és nővel végzett humán tanulmány vizsgálta a táplálékkiegészítő fizikai teljesítményre, oxigénkapacitásra vagy izomerőre gyakorolt hatását. Újabban a klinikai kutatások annak a hipotézisnek az értékelésére tértek át, hogy az l-karnitin bevitele megkönnyíti a testgyakorlás utáni gyógyulási folyamatot. A tudományos adatok azt mutatják, hogy az atlétikai populáció profitálhat az l-karnitin beviteléből, mivel a testmozgás okozta hipoxia és izomkárosodás mértékének csökkentésével csillapítja a nagy intenzitású edzés mellékhatásait.

Egészséges körülmények között és stressz hiányában az l-karnitin elérhetősége nem korlátozó tényező a zsírsav β-oxidációjában. Homeosztázisát erősen szabályozza a biohasznosulás, a szállítás és a vizeletürítés. Mégis, aberrációval járó körülmények között, például veleszületett vagy szerzett karnitinhiányban, hemodialízisben, vagy szarkopéniás és törékeny személyekben az l-karnitin kiegészítés növeli a fizikai teljesítőképességet, az izomtömeget és a funkciót. Az életkorral összefüggő izomcsökkenés mind fizikai aktivitással, mind táplálkozási eszközökkel megfordítható. Míg az állóképesség gyakorlása időseknél nehézkes lehet, a táplálékkiegészítők mérsékelt testmozgással együtt potenciális stratégiát jelenthetnek a szarkopénia lelassítására, mint a gyengeség egyik jellemző jele az idősebb felnőtteknél.

Egyre több állatkísérlet bizonyította a sokrétű mechanizmusokat, amelyek révén az l-karnitin jótékony hatását fejti ki a fokozott fehérjeszintézis és az izomromlás csökkentése terén. Ezenkívül feltételezik, hogy az öregedés során a mitokondriális homeosztázis l-karnitin általi szabályozása befolyásolja az életkorral összefüggő csökkenést. Így az l-karnitin étrend-kiegészítés hozzájárulhat az öregedési folyamat segítéséhez azáltal, hogy akadályozza az izomtömeg és a funkció csökkenésének, valamint a neurodegeneráció előrehaladását. Ezen a területen további kutatások indokoltak.

Összefoglalva, figyelembe véve a nagy intenzitású testmozgás strukturális és tüneti következményeinek, azaz az izomszarcomerek és a fájdalom károsodásának hatását, amelyek nemcsak az életminőséget, hanem a továbbképzési kapacitást is csökkentik, megkönnyíti az edzésből való kilábalást az l -karnitin a kiegészítés különösen előnyös az egészséges fiatal aktív népesség számára. Ezenkívül az idősek, akiknél sovány izomtömeg és funkciócsökkenés, csökkent izom-l-karnitin-tartalom és mitokondriális diszfunkció tapasztalható, szintén profitálhatnak az l-karnitin kiegészítés pozitív hatásából. Különösen az idősebb személyek növekvő számával, akik mérsékelt testmozgást végeznek, az l-karnitin szerepe ebben a demográfiai demográfiai régióban továbbra is fontos szerepet játszik.

Köszönetnyilvánítás

Ezt az áttekintő cikket a Lonza Inc. finanszírozta.