A karnitin

A karnitin (C₇H₁₅NO₃) aminosav-származék, amely két esszenciális aminosavból, lizinből és metioninból képződik.

Polarizált fény segítségével balra forgató (L; laevus) és jobbra forgató (D; dexter) izomereit különböztetjük meg (tükörképei egymásnak). A két forma 1:1 arányú keveréke optikailag inaktív, mivel azonos mértékben, de ellentétes irányban forgatják el a fény síkját, "kioltják" egymást.

A karnitin sztenderd, biológiailag aktív formája az L-karnitin, de a szervezetben és a táplálékkiegészítőkben származékai is megtalálhatóak (pl. acetil-L-karnitin, propionil-L-karnitin, L-karnitin-L-tartarát).

A D-karnitin csak szintetikus úton állítható elő, megakadályozza az L-karnitin felszívódását, így karnitinhiányt idézhet elő a szervezetben. Ezen felismerés után kivonták a forgalomból.

A karnitin rendelkezésre állása

Az emberi szervezet karnitinforrása elsődlegesen a táplálkozásból származik (pl. marhahús és tejtermékek), és a vékonybélben szívódik fel, de bizonyos mértékű endogén szintézis is történik elsősorban a májban és a vesében.

Az emberi váz- és szívizomszövet, a máj, a vese és az agy képes a karnitin előanyagának (γ-butirobetain) előállítására, azonban azt karnitinné tovább alakítani kizárólag a máj, a vese és az agy képes (Rebouche és Engel, 1980).

A karnitin bioszintézise

A fehérjelebontásból származó ε-N-trimetillizinből indul ki a szintézis, mely β-hidroxi-ε-N-trimetillizin, γ-trimetilamino-butiraldehid vegyületeken keresztül γ-butirobetainné alakul. A butirobetain irreverzibilis reakcióban karnitinné hidroxileződik (Vaz és munkatársai, 2002).

A karnitinszintézis sebessége a rendelkezésre álló N-trimetillizin mennyiségétől függ, amely kizárólag fehérjékben beépített lizin oldalláncok módosítása, és az ezt követő lizoszomális proteolízis során keletkezik. Ezek szerint a karnitinszintézist poszttranszlációs módosítás fokozásával és/vagy fehérjebontás fokozásával lehetne serkenteni. Mivel egyik folyamat sem szigorúan specifikus a karnitin bioszintézisére, az endogén karnitinszintézis sebessége nehezen növelhető, de egészséges emberekben nincs is rá túlzottan nagy szükség.

A karnitin forgalma a szervezetben

Az emberi szervezet hatékony mechanizmusokkal rendelkezik a karnitin konzerválására, azt nem képes lebontani (a bioszintézis utolsó lépése irreverzibilis), és csak minimális mennyiség távozik a szervezetből a vizelettel szabad formában vagy acil-karnitinként.

A vese nagy hatékonysággal reabszorbeálja (szívja vissza a szűrletből) a karnitint (90-99%), és csak a hiányzót kell táplálékból vagy endogén szintézis útján pótolni.

Egészséges emberekben a táplálkozási szokások (pl. vegetariánus étrend) következtében fellépő csökkent karnitinbevitel teljes mértékben kompenzálható maximálisan aktivált endogén bioszintézissel és vese reabszorpcióval (Rebouche és Seim, 1998).

A karnitin transzportja

A máj-, vese- és agysejteken kívül a többi sejt nem képes karnitint szintetizálni, így ezen sejtek a keringésből veszik azt fel.

Mivel a karnitin szöveti koncentrációja 20-50-szerese a plazma koncentrációjának, a legtöbb szövet karrier-mediált (a folyamat Na⁺-ok jelenlétét igényli) aktív (energiát igénylő) transzport segítségével tartja fenn karnitinszintjét (Sandor és munkatársai, 1985; Kispal és munkatársai, 1987; Tein és munkatársai, 1996). Ez teszi lehetővé a magas szövet/plazma koncentráció arány létrejöttét (Virmani és munkatársai, 1996).
Aktív transzporttal olyan helyre is juthatnak anyagok, ahol a koncentrációjuk nagyobb a kiindulási helyénél. A hatékonyság a transzporterek sűrűségétől és aktivitásától függ.

Eredetileg a karnitin transzportjával kapcsolatban két homológ gént írtak le az emberi szervezetben (slc22a4 és slc22a5), melyek termékei az OCTN1, ill. OCTN2 szállítófehérjék (Tamai és munkatársai, 1997, 1998; Wu és munkatársai, 1998). Az előbbiről később kiderült, hogy csak kis hatékonysággal veszi fel a karnitint, így pontos szerepe nem tisztázott, viszont világossá vált, hogy az elsődleges, nagy affinitású szállítófehérje az OCTN2.

Ez minden olyan sejt plazmamembránjában megtalálható, amely a karnitin forgalmában jelentős. A bélhámsejtekben a felszívást, a vesecsatornácskákban a szűrlettel kiválasztott karnitin igen jelentős mértékű visszatartását (Tamai és munkatársai, 2001), az izomsejtekben a nyirokból való felvételt látja el (Talián, 2009).

Az L-karnitin a szövetekben beépül a szervezet karnitin raktárába, mint ikerionos formájú szabad karnitin, acetil-L-karnitin (ALC) vagy egyéb acilkarnitin. Az L-karnitint poláros tulajdonsága rendkívül mobilissé teszi, mindemellett a szabad hidroxil csoportja révén különböző karbonsavakkal képes észtereket alkotni, és így a szervezet különböző pontjaira transzportálni azokat (Jones és munkatársai, 2010).

A karnitin által képzett észterek, csakúgy, mint a szabad karnitinmolekula, mind megjelennek a vérben és a vizeletben is, ahol többféle módszerrel kimutathatók és mérhetők (Talián, 2009).

A karnitin szerepe a szervezetben

A karnitinnek a klasszikus energiaháztartásban betöltött anyagcsere-szerepe mellett az immunrendszer működésében, ill. a sejtvédelemben is szerepe van.

Anyagcsere

A karnitin regulatórikus szerepet játszik az aktivált hosszú szénláncú zsírsavak citoszólból a mitokondriális mátrixba, a β-oxidáció helyszínére történő szállításában (Bieber, 1988; McGarry, 1995).

Hozzájárul a sejtekben egy megfelelő szabad koenzim-A koncentráció fenntartásához, mely elengedhetetlen számos anyagcsere-folyamatban, így a citrátciklusban, ketogenezisben és glukoneogenezisben (Ramsay és munkatársai, 2004).

A karnitin másik kiemelkedő szerepe, hogy képes modulálni a részlegesen metabolizált acil-csoportok toxikus hatását. A karnitin ugyanis részt tud venni xenobiotikus eredetű szerves savak (pl. pivalátsav és valproát), valamint az anyagcsere-zavarokban felhalmozódó szerves savak (pl. propionsav, metilmalonsav stb.) metabolizmusában is.

Mivel ezek a toxikus vegyületek koenzim-A észterekké alakulnak, depletálják (kiürítik) a sejt szabad koenzim-A raktárait. A koenzim-A észterek acilcsoportjának transzfere a karnitinre, majd a keletkező acil-karnitin észterek sejtből való kijuttatása visszaállítja a sejt szabad koenzim-A raktárát, valamint eltávolítja a toxikus intermedier metabolitokat (Duran és munkatársai, 1990; Melegh és munkatársai, 1993; Rebouche és munkatársai, 1998).

Immunvédelem

Több tanulmány számol be a karnitin immunválaszban betöltött szerepéről, azonban sokszor ellentmondóak az eredmények, mely természetesen fakadhat az immunrendszer ismert komplexitásából is (Athanassakis és munkatársai, 2001 és 2003; Famularo és munkatársai, 2004; Cress és munkatársai, 1989; Kurth és munkatársai, 1994).

A karnitinhiányos betegek klinikai tünettanában mutatkozó fokozott infekcióhajlam is arra enged következtetni, hogy a karnitin funkcionális szereppel bír az immunfolyamatokban.

Sejtvédelem

Számos eredmény demonstrálja a karnitin szerepét az apoptózis (programozott sejthalál) folyamatában (Andrieu-Abadie és munkatársai, 1999; Mutomba és munkatársai, 2000; Vescovo és munkatársai, 2002; Mosca és munkatársai, 2002; Pillich és munkatársai, 2005; Abd-Allah és munkatársai, 2005). A programozott sejthalál kaszkádját két útvonal indíthatja be: az intrinsic és az extrinsic folyamat (Green, 2003; Defrance, 2005).

Az intrinsic útvonalat sejten belüli vagy külső stressz szignálok váltják ki, melyek végső soron a mitokondriumokon hatnak, kiváltva a citokróm C kiáramlását, valamint az iniciátor kaszpáz 9 és a végrehajtó kaszpáz 3 aktiválódását.
A Bcl-2 mitokondriális fehérje jelen ismereteink szerint gátolja a mitokondriumfüggő apoptótikus útvonalat, és a Bcl-2 expresszióját növeli a karnitin, míg a kaszpáz 9 és 3 expresszióját csökkenti. Ezek alapján feltételezhető az intrinsic útvonal során a karnitin befolyása.
Az extrinsic útvonalat a plazmamembrán halál receptorainak (DR: death receptors) ligandokkal való telítődése indítja be, mely végső soron az iniciátor kaszpáz 8, valamint a végrehajtó kaszpáz 3 aktiválódását vonja maga után.
A DR család egyik legjobban vizsgált tagja a Fas receptor. In vitro kísérletek kimutatták, hogy a karnitin megvédte a sejteket a Fas-közvetítette apoptózistól és gátló hatással volt a kaszpáz 8 és 3 aktivitására.

Amellett, hogy a karnitin befolyásolja a programozott sejthalál két fő útvonalát a sejtben, a karnitin egyéb olyan hatásokkal is bír, amelyek szintén megvédhetik a sejteket az apoptózistól.

Kimutatták, hogy a karnitin kapcsolatba lépve a kardiolipinnel, befolyásolja a mitokondriális membrán permeabilitást (áteresztőképesség), és megvédi a mitokondriumok funkcióját (Arrigoni-Martelli és munkatársai, 2001).

Egy másik tanulmány szerint a növekedési hormon-inzulinszerű növekedési faktor-1 (GH-IGF-1) tengely aktivációja lehet az egyik lehetséges mechanizmus, amely a karnitin antiapoptótikus hatásának a hátterében áll (Di Marzio és munkatársai, 1999).

Kísérletesen bizonyított, hogy a programozott sejthalál megnövekedett ceramid képződéssel jár (Jarvis WD és munkatársai, 1994) a karnitin pedig csökkenti a ceramid képződését.

Sejtvédelem?

A sejtrendszerek működését szabályozó egyik legfontosabb mechanizmus a program szerinti sejthalál, az apoptózis. Ez távolítja el a feleslegessé vált vagy károsodott sejteket, megakadályozva többek között azt, hogy a genetikai állományukban hibát hordozó sejtek szaporodjanak. Minden olyan tényező, amely az apoptózis ellen hat, potenciálisan a daganatkeletkezést elősegítőnek tekinthető, hiszen a sejthalál elmaradásával megnő az esélye annak, hogy a sejtek génhibáikkal együtt felhalmozódjanak. A daganatok esetében két ok vezethet ahhoz, hogy az apoptózis programja nem tud érvényesülni: a program hibás (valamelyik résztvevő működészavara miatt) vagy a program gátlás alatt áll (pl. a túlélési faktorok túltermelése miatt).

(Forrás: Kopper László: Apoptózis és a daganatok, Magyar Onkológia 47. évfolyam 2. szám 2003)

A karnitinbevitel hatása

Táplálék formájában az L-karnitin 57-84%-a szívódik fel (a táplálék karnitintartalmától függően) aktív és passzív módon, míg kiegészítő formájában (0,5-6g-os adag) csak 14-18% a biológiai hozzáférhetőség, ez elsősorban passzív folyamat (Rebouche, 2004).

A fel nem szívott L-karnitin leginkább a vastagbél mikroorganizmusaiban lebomlik (Rebouche, 2004).

A karnitinnek a szervezetben egyensúlya van, és ezt a homeosztázist tartja fent a megfelelő külső bevitel, egy mérsékelt belső szintézis és egy effektív tubuláris reabszorpció (Rebouche és Seim, 1998; Komlósi, 2007).

Normál keringő L-karnitin koncentrációban a vese L-karnitin reabszorpciója rendkívül hatékony (90-99% igénytől függően), de telítettségi kinetikát mutat. Így, amikor a keringő L-karnitin koncentrációja emelkedik (az L-karnitin nagy dózisú intravénás vagy orális beadása után), a reabszorpció hatékonysága csökken, ami a keringő L-karnitin koncentráció kiindulási értékhez való gyors csökkenéséhez vezet (Rebouche, 2004), viszont a reabszorbeálatlan karnitin a vizelettel ürül.

Ha nő a karnitinbevitel, akkor csökken a vesében a reabszorpció, így az összes karnitin mennyisége a szervezetben változatlan marad.
Nem képes számottevően növelni a vázizomzat L-karnitin koncentrációját a napi 3g-os kiegészítés sem (Smith és munkatársai, 2008).

Konklúzió

Egészséges emberben a karnitin csak úgy nem "használódik el", nem keletkezik hiány.

A táplálékkiegészítőként bevitt karnitin több mint 80%-át a szervezet fel sem veszi (a fel nem vett karnitin a vastagbelet terheli, nem véletlen az emésztőrendszeri mellékhatás), amit viszont felvesz, az a vese általi reabszorpció hatékonyságát csökkenti, és végeredményben nem tudja növelni a szöveti karnitinszintet.

A keringésben lévő ideiglenes többletből is csak szabályozottan, karrier-anyagot igénylő aktív transzporttal, a homeosztázis fenntartása mellett kerülhet be karnitin a szövetekbe (20-50x-es a szöveti karnitinszint).

Végeredményben egészséges emberekben a karnitinkiegészítés szükségtelen, (az esetleges hasmenésen kívül) semmilyen hatása nincs, és ennek inkább örüljünk, a rákos sejtek apoptózisát is gátló hatására gondolva.

Természetesen (megfelelő anyagi ösztönzésre) lehet kutatást szervezni, amelyben adnak karnitinkiegészítőt, és az majd hoz valamilyen eredményt, kb. azt, amit csak akar a megrendelő, de ebben nem a karnitin a kulcs, hanem a kísérlet teljes, a céloknak megfelelően beállított kontextusa.

L-tartarát

Végezetül érdemes külön szót ejteni a táplálékkiegészítő-ipar karnitin-jokeréről, a sportolók számára leginkább ajánlott formáról, az L-karnitin-L-tartarátról (C₁₁H₂₁NO₉). Ebben a formában az L-karnitin (C₇H₁₅NO₃) a dikarbonsav borkősav (tartarát) molekulájához (C₄H₆O₆) kötődik. Előnye, hogy tanulmányok szerint az L-karnitin-L-tartarát gyorsabb felszívódású és jobb biológiai hasznosulású (azaz gyorsabban és nagyobb arányban kerül a keringésbe), mint az egyéb L-karnitin vegyületek.

Ha így is van, egyrészt ez nem jelenti azt, hogy hatékonyabban lenne képes a szövetekbe jutni, és a szöveti karnitinszintet emelni, másrészt a karnitinforgalom és a homeosztázis részét képezi ugyanúgy, mint a többi karnitinforma, így a táplálékkiegészítővel történő bevitele egészséges emberekben szintén hatástalan.