Карнитин: функции и причины дефицита¶

Карнитин (L-карнитин, левокарнитин) — азотсодержащее низкомолекулярное соединение, родственное аминокислотам, которое синтезируется в организме человека и животных преимущественно в печени и почках из аминокислот лизина и метионина. Вещество выполняет роль переносчика длинноцепочечных жирных кислот через внутреннюю мембрану митохондрий к ферментам β-окисления, благодаря чему участвует в энергетическом обмене. Карнитин не является витамином и не относится к незаменимым пищевым веществам, однако при ряде состояний его поступление или синтез могут становиться недостаточными.

¶Историческая справка

Карнитин был выделен в 1905 году российскими химиками Владимиром Гулевичем и Робертом Кримбергом из экстракта мышц; тогда же было установлено его эмпирическое строение и предложено название от латинского carnis — «мясо». В 1927 году японский исследователь Томита обнаружил, что вещество представляет собой γ-триметиламмоний-β-гидроксибутират. Биохимическая роль карнитина была раскрыта в 1950-х годах: в 1955 году Ирвинг Фриц показал его участие в транспорте жирных кислот в митохондрии, а в 1962 году Эрнст Штеттер и соавторы описали структуру и механизм действия карнитин-ацилтрансфераз. В 1973 году был впервые описан наследственный дефицит карнитина у человека, что положило начало изучению карнитиновой недостаточности как клинического синдрома.

¶Биохимические функции

Основные функции карнитина:

• Транспорт жирных кислот. В цитозоле жирные кислоты активируются до ацил-КоА, но не могут самостоятельно пройти внутреннюю мембрану митохондрий. Карнитин образует с ними ацилкарнитиновые эфиры, которые переносятся через мембрану карнитин-ацилкарнитин-транслоказой, после чего в матриксе митохондрий вновь распадаются на ацил-КоА и свободный карнитин.
• Регуляция соотношения ацил-КоА/КоА. Связывая избыток ацильных групп, карнитин поддерживает пул свободного кофермента А, необходимого для пируватдегидрогеназного комплекса и цикла Кребса.
• Выведение токсичных метаболитов. Карнитин участвует в удалении из митохондрий избытка коротко- и среднецепочечных органических кислот, образующихся при нарушениях обмена.
• Буферирование ацильных остатков. Вещество формирует резервный пул ацилкарнитинов, сглаживающий колебания энергетического обмена.

¶Синтез и поступление

Эндогенный синтез карнитина происходит в печени, почках и, в меньшей степени, в головном мозге. Ключевые этапы:

1. Из лизина и метионина образуется триметиллизин.
2. Триметиллизин последовательно превращается в γ-бутиробетаин под действием ферментов, зависимых от витамина C, железа, витамина B6 и ниацина.
3. Из γ-бутиробетаина синтезируется карнитин.

Скорость синтеза ограничена и у взрослого человека покрывает лишь часть потребности. Остальное поступает с пищей. Основные пищевые источники — мясо (особенно баранина и говядина), печень, рыба, молочные продукты. В растительной пище карнитин практически отсутствует, поэтому у строгих вегетарианцев уровень вещества в организме ниже, хотя выраженный дефицит развивается редко.

¶Причины снижения уровня карнитина

Под «от чего карнитин» обычно понимают причины его недостатка или снижения концентрации. Их можно разделить на несколько групп.

¶Первичный дефицит

Обусловлен генетическими мутациями в гене SLC22A5, кодирующем мембранный транспортер OCTN2, который обеспечивает обратный захват карнитина в почках и его поступление в клетки. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Проявляется в раннем детстве кардиомиопатией, мышечной слабостью, гипогликемией и энцефалопатией. Встречается редко — порядка 1 случая на 40–100 тысяч новорождённых.

¶Вторичный дефицит

Развивается при ряде приобретённых состояний:

• Нарушения всасывания. Хронические заболевания кишечника, целиакия, резекция тонкой кишки снижают поступление карнитина с пищей.
• Заболевания почек. Тубулопатии, синдром Фанкони, хроническая болезнь почек сопровождаются повышенной потерей карнитина с мочой.
• Печёночная недостаточность. Синтез карнитина в печени падает.
• Вальпроевая кислота и другие препараты. Противосудорожные средства (вальпроаты) нарушают синтез и транспорт карнитина, что требует лабораторного контроля.
• Гемодиализ. Процедура активно вымывает карнитин из плазмы.
• Наследственные болезни обмена. Дефекты β-окисления, органические ацидемии, дефицит карнитин-ацилтрансфераз повышают расход карнитина.
• Повышенные энерготраты. Интенсивные физические нагрузки, лихорадка, голодание и кетогенная диета увеличивают потребность в карнитине.
• Недоношенность. У новорождённых, особенно недоношенных, синтез карнитина ещё незрел, а запасы ограничены.

¶Алиментарные факторы

У вегетарианцев и веганов, а также при несбалансированном питании поступление карнитина с пищей минимально. У взрослых это компенсируется синтезом и реабсорбцией в почках, но у детей и при повышенных нагрузках может проявляться клинически.

¶Клинические проявления недостатка

Симптомы зависят от степени дефицита:

• мышечная слабость, быстрая утомляемость, снижение переносимости нагрузок;
• гипогликемия, особенно при голодании;
• кардиомиопатия, аритмии;
• у детей — задержка роста, задержка психомоторного развития, повторные приступы вялости и сонливости;
• повышение уровня аммиака и печёночных ферментов.

¶Диагностика и коррекция

Диагностика основана на определении свободного и общего карнитина в плазме и моче, а также на тандемной масс-спектрометрии ацилкарнитинового профиля, которая входит в программы неонатального скрининга ряда стран. При подозрении на первичный дефицит проводится молекулярно-генетическое исследование гена SLC22A5.

Коррекция включает:

• диету с достаточным содержанием мяса и молочных продуктов либо специализированные смеси для детей;
• приём левокарнитина (в форме таблеток, раствора или внутривенных инфузий) под контролем врача;
• отмену или замену препаратов, нарушающих обмен карнитина;
• лечение основного заболевания.

Самодиагностика и бесконтрольный приём карнитина при отсутствии подтверждённого дефицита не рекомендованы: избыток вещества выводится с мочой и может вызывать диспептические явления.

¶Значение и применение

Помимо лечения карнитиновой недостаточности, левокарнитин применяется в спортивной практике и диетологии как средство, якобы ускоряющее окисление жиров. Систематические обзоры не подтверждают значимого влияния добавок карнитина на снижение массы тела у здоровых людей без дефицита. В медицине препарат используется при вторичной карнитиновой недостаточности, при терапии вальпроатами, при некоторых формах кардиомиопатии и в перитонеальном диализе.