Карнитин — энергия для клеток и здоровье организма

Карнитин, также известный под названиями L-карнитин или левокарнитин, — это природный компонент, который синтезируется из аминокислот и выполняет ряд важных функций в организме человека. В обществе распространено убеждение, согласно которому карнитин представляет собой чудодейственное средство для похудения, активно сжигающее жировые запасы. Из этой статьи вы узнаете, насколько правдивы подобные рекламные сообщения, а также: как образуется L-карнитин, какие функции он выполняет в организме, возможен ли дефицит этого вещества и как его используют в медицинской сфере.

История открытия и изучения карнитина

Карнитин был впервые обнаружен в 1905 году. Российские химики Владимир Гулевич и Роберт Кримберг идентифицировали его в экстракте, выделенном из мышечной ткани. Они же предложили название, образованное от латинского слова «carnis», что в переводе на русский язык означает «мясо» или «плоть». Химическая структура карнитина была установлена позже — японские исследователи Масутаро Томита и Минору Сэндзю сделали это в 1927 году.

Долгое время учёные не знали, что карнитин выполняет какие-либо важные биологические функции. Только в конце 1940-х годов в ходе исследований мучных жуков вида Tenebrio molitor, проводимых разными группами ученых независимо друг от друга, было открыто некое вещество, которое влияет на их рост. Вскоре его соотнесли с карнитином и обозначили как витамин BT. Такой вывод был сделан на основании сходства молекулярных структур карнитина и витаминов группы B, а необычное для витаминов буквенное обозначение T выбрали в честь вышеупомянутого мучного жука.

Значительный прорыв в изучении карнитина сделал американский физиолог Ирвинг Фритц. В 1958 году он определил его роль в обмене веществ, которая заключается в транспортировке жирных кислот в митохондрии для последующего окисления с целью извлечения энергии. Вплоть до 1989 года L-карнитин относили к витаминам, то есть считалось, что организм может получать его только из пищи и различных добавок. Однако после того, как были открыты процессы биосинтеза карнитина, его исключили из категории витаминов — незаменимых питательных веществ.

Формы карнитина и их особенности

Карнитин — это группа органических веществ с общей химической формулой C₇H₁₅NO₃. Структуру его молекулы можно обозначить как цепочку, состоящую из нескольких основных звеньев:

• «Головная» часть — триметиламмониевая группа, в которой атом азота (N) соединён сразу с 3 метильными группами, состоящими из атомов углерода и водорода (CH₃). Это соединение обладает положительным электрическим зарядом, что позволяет ему эффективно взаимодействовать с митохондриями клеток.
• Промежуточная часть — цепь из нескольких атомов углерода (C), к каждому из которых присоединена гидроксильная группа из атомов кислорода и водорода (OH). Тогда как углерод отвечает за структурную целостность, связанные с ним гидроксильные группы выполняют функцию «крючка», захватывающего жирные кислоты для последующей транспортировки.
• «Хвостовая» часть — карбоксильная группа COOH в кислой среде организма теряет атом водорода (H) и приобретает отрицательный заряд. Благодаря этому молекула становится полярной и получает возможность как притягивать, так и отталкивать воду. Одновременно с триметиламмоениевой группой «хвост» карнитина отвечает за его взаимодействие с клетками.

Карнитин может существовать в 2 формах или стереоизомерах, которые имеют идентичную химическую формулу и очень похожую молекулярную структуру. На первый взгляд разница между ними невелика — один из атомов в углеродной цепочке может занимать одно из двух противоположных, будто зеркально отражённых, положений в пространстве. В химии такую взаимосвязь молекул называют хиральностью. В повседневной жизни хиральность можно объяснить через обувь. Правый и левый ботинки имеют одинаковую, но зеркальную форму и подходят только на соответствующую ногу. Однако вернёмся к карнитину. Столь небольшое отличие кардинально меняет функциональность его изомеров:

• L-карнитин — в проекции атом углерода расположен в левой части (прим.ред.: от латинского «laevus» — «левый»). Является биологически активным веществом и синтезируется живыми организмами.
• D-карнитин — отличается расположением углеродного звена с правой стороны (прим.ред.:от латинского «dexter» — «правый»). Представляет собой токсичное вещество, которое иногда образуется в виде побочного продукта в синтетических веществах. D-карнитин не только ядовит, но и подавляет биологическую активность L-карнитина.

Биологическая роль и функции карнитина в организме человека

В организме человека большая часть L-карнитина вырабатывается в печени и почках. Исходным материалом для его синтеза являются аминокислоты — соединения, которые мы получаем с белками мясных, рыбных и молочных продуктов. В нашем случае преобразованию подвергаются такие аминокислоты, как лизин и метионин. Процесс синтеза карнитина можно сравнить с конвейерной сборкой, происходящей в несколько этапов:

• Ещё находясь в структуре белка, лизин взаимодействует с метионином и приобретает 3 метильные группы CH₃, трансформируясь в триметиллизин.
• При расщеплении белков триметиллизин высвобождается и попадает в митохондрии клеток, где происходят заключительные этапы синтеза.
• При последовательном воздействии сразу нескольких ферментов триметиллизин избавляется от множества соединений, в результате превращаясь в гамма-бутиробетаин — предшественник карнитина.
• Несмотря на структурную схожесть с карнитином, гамма-бутиробетаин не имеет важнейших функциональных частей — гидроксильных групп OH. Финальная «сборка» молекулы происходит при непосредственном участи железа, витаминов C и B6.

Главная функция карнитина в организме заключается в транспортировке жирных кислот. Они представляют собой составные части жиров и используются для производства энергии. Существуют так называемые длинноцепочечные жирные кислоты, в число которых входят и популярные в здоровом питании омега-3 и омега-6. Самостоятельно они не могут проникнуть через мембрану митохондрий, поэтому пользуются помощью посредника — карнитина.

Важной частью энергетического обмена является кофермент А или КоА. Первоначально именно он присоединяет к себе жирные кислоты, доставляя их к внешней стороне мембраны. Там при участии фермента CPT1 карнитин забирает энергетическую ячейку у КоА, доставляет её в митохондрию, а затем передаёт по цепочке для дальнейшего расщепления и преобразования. Таким образом, карнитин является необходимым участником процесса трансформации жирных кислот в аденозинтрифосфат (АТФ) — главную энергетическую молекулу организма.

Менее известной, но столь же важной функцией карнитина является регуляция работы ацил-КоА — кофермента с присоединённой жирной кислотой. При интенсивном переваривании пищи перед клетками собирается некое подобие очереди из молекул ацил-КоА. Чтобы они не бездействовали, а могли заниматься другими процессами, например, углеводным обменом или синтезом гормонов, карнитин выполняет роль буферной зоны — местом временного хранения жирных кислот.

Польза карнитина для здоровья

Благодаря непосредственному участию в энергетическом обмене карнитин оказывает полезное воздействие на весь человеческий организм. Без него значительная часть жирных кислот не смогла бы использоваться для производства энергии, поступая в организм в виде бесполезного балласта. Отметим, в каких частях организма полезное действие карнитина проявляется заметнее всего:

• печень — одному из ключевых метаболических центров организма требуется особенно эффективно перерабатывать жиры, чтобы предотвращать их накопление;
• сердце — больше половины своей энергии, необходимой для поддержания ритма, оно получает из жирных кислот;
• мышцы — при интенсивной физической нагрузке организм переходит на резервное «топливо» из жировых запасов, в значительной степени состоящих из длинноцепочечных жирных кислот;
• мозг — ключевой координационный центр организма, в основном, извлекает энергию из глюкозы, но в экстренных случаях переключается на кетоновые тела, производные жиров.

Суточная норма и источники карнитина в питании

Так как организм вырабатывает достаточное количество L-карнитина для удовлетворения своих потребностей, организации, связанные со здравоохранением и продовольствием, не разрабатывают суточные нормы потребления для этого вещества. Тем не менее, мы можем получать его из продуктов питания во вполне биодоступной форме — организм усваивает от 54 до 86% поступающего извне карнитина. Так как доля содержания вещества может отличаться в зависимости от продукта и способа приготовления, мы приводим усреднённые показатели по основным источникам карнитина (в мг на 100 г):

• говядина — 114;
• баранина — 99;
• свинина — 35;
• свиная и говяжья печень — 25;
• треска и лосось —6;
• курица и индейка — 4;
• молоко — 3;
• сыры — 2.

В растительных продуктах доля содержания карнитина незначительна и в большинстве случаев варьируется от 0,1 до 0,2 мг на 100 г продукта. Это связано с тем, что энергетический обмен в клетках растений устроен иначе, а потому они не нуждаются в переработке жирных кислот. Тем не менее вегетарианцам хватает карнитина, синтезируемого в организме, так как при питании они получают достаточно лизина и метионина.

Дефицит карнитина и его последствия

Дефицит карнитина — это крайне редкое состояние, которое не встречается у здоровых людей без нарушений обмена веществ. Однако дефицит карнитина всё же существует и делится на 2 типа в зависимости от вызывающих его факторов:

• Первичный дефицит — врождённые мутации гена SLC22A5 приводят к тому, что карнитин синтезируется в организме, но не может проникать в клетки и теряет свою ключевую транспортную функцию. В среднем по миру такое заболевание отмечается у 1 из 100 000 новорождённых.
• Вторичный дефицит — ряд заболеваний могут препятствовать биосинтезу карнитина или стимулировать его выведение из организма. Хронические заболевания печени, такие как цирроз, нарушают процессы естественной выработки, а хроническая почечная недостаточность приводит к чрезмерным потерям карнитина.

Дефицит карнитина может привести к целому комплексу опасных для здоровья последствий. Опираясь исключительно на углеводные источники энергии, организм быстро истощает их запасы. Параллельно с этим чрезмерное накопление ацил-КоА оказывает токсическое воздействие, отравляющее и повреждающее митохондрии. На фоне нарушенного метаболизма у людей развиваются аритмия сердца и патологии миокарда, начинается деградация мышечных тканей и проявляются неврологические отклонения. Первичный дефицит карнитина может привести к внезапной остановке сердца даже при полном отсутствии симптомов.

Применение карнитина в медицине, спорте и фитнесе

В медицинской практике L-карнитин назначают для профилактики и лечения дефицита этого вещества. Он часто входит в комплекс поддерживающей терапии при сердечно-сосудистых заболеваниях и мышечной дистрофии. Кроме того, карнитин часто назначают при сахарном диабете для нормализации уровня сахара в крови. Тем, кто испытывает первичный дефицит карнитина, необходимо на протяжении всей жизни принимать содержащие его препараты, избегать длительных голоданий и обогащать свой рацион продуктами, содержащими углеводы, чтобы снизить зависимость от жирных кислот.

Несмотря на то, что карнитин принимает непосредственное участие в сжигании жиров, его эффективность в качестве средства похудения находится под большим вопросом. Дело в том, что запасы карнитина в организме (прим.ред.: при отсутствии обозначенных ранее заболеваний) и без того находятся на достаточно высоком уровне. Современные исследования не дают однозначного ответа, способствуют ли добавки с карнитином ускоренной потере веса. Однако, моделируя биохимические процессы, ученые склоняются к тому, что излишки вещества попросту выводятся почками.

Добавки с карнитином часто принимают спортсмены и те, кто занимается фитнесом. Он позволяет сохранять в мышцах гликоген, от запасов которого зависят выносливость и силовые показатели. Некоторые исследования показывают, что небольшие дополнительные дозы карнитина снижают мышечные боли после интенсивных нагрузок. Тем не менее из-за тех же физиологических ограничений, которые мы описывали в предыдущем абзаце, наблюдаемый эффект от приема карнитина весьма незначителен.

Передозировка и побочные эффекты карнитина

Карнитин не опасен для здоровья, и различные национальные институты здравоохранения не устанавливают верхний уровень его допустимого суточного потребления. Однако побочные эффекты от приёма добавок все-таки возможны. Известны случаи, когда длительный регулярный прием более 3 000 мг вещества становился причиной диареи, тошноты и спазмов в животе. Важно иметь в виду, что некоторые лекарства, такие как антикоагулянты и противосудорожные препараты, могут способствовать повышению интенсивности выведения карнитина из организма. В таких случаях врачи, как правило, назначают прием увеличенных дозировок вещества.

Карнитин в вопросах и ответах

1. Кто и когда открыл карнитин?

Карнитин в 1905 году открыли российские учёные Владимир Гулевич и Роберт Кримберг.

2. Какую роль играет карнитин в обмене веществ?

Карнитин отвечает за транспортировку длинноцепочечных жирных кислот в митохондрии клеток, где с их участием синтезируются энергетические молекулы АТФ.

3. Какие существуют формы карнитина и чем они отличаются?

Форма L-карнитин вырабатывается в организмах живых существ и является важной частью метаболизма, тогда как форма D-карнитин не встречается в природе и оказывает токсическое воздействие на организм.

4. Сколько карнитина вырабатывает организм самостоятельно?

Синтез карнитина зависит от физиологических потребностей организма и множества других факторов. В среднем, здоровый взрослый человек с массой тела 70 кг вырабатывает от 11 до 34 мг карнитина в сутки.

5. В каких продуктах питания содержится карнитин?

Больше всего карнитина содержится в мясных продуктах: говядине, баранине и свинине. Рыба и молочные продукты также являются относительно ценными источниками карнитина.

6. Какова суточная норма потребления карнитина?

Суточные нормы потребления карнитина не определены, так как в большинстве случаев организм сам контролирует его выработку.

7. Для чего применяют L-карнитин в спорте?

В спорте L-карнитин могут применять для сохранения запасов мышечного гликогена, что положительно сказывается на показателях выносливости и силы.

8. Помогает ли карнитин снижать вес?

Карнитин является важным участником процесса сжигания жировых запасов, однако приём добавок с ним, вероятнее всего, не ускоряет снижение веса.

9. В каких случаях врачи назначают карнитин?

Врачи назначают карнитин при первичном и вторичном дефиците этого вещества, а также в качестве профилактического средства при сердечно-сосудистых заболеваниях, мышечной дистрофии и сахарном диабете.

10. Какие симптомы указывают на дефицит карнитина?

Дефицит карнитина может проявляться в мышечной слабости, сердечной аритмии и усугублении течения сопутствующих заболеваний.

11. Можно ли получить избыток карнитина с пищей?

Пища содержит не так много карнитина, и кроме того, его излишки выводятся из организма. Поэтому на практике передозировка пищевым карнитином очень маловероятна.

12. Какие побочные эффекты возможны при приёме добавок карнитина?

При приёме добавок в дозировке свыше 3 000 мг карнитина в сутки возможны спазмы в животе, тошнота и диарея.

13. Кому противопоказан приём карнитина?

Карнитин может быть опасно принимать при индивидуальной непереносимости компонентов биодобавок, в которых он содержится.

14. Как карнитин влияет на работу сердца и сосудов?

Карнитин очень важен для обеспечения сердца энергией, необходимой для поддержания стабильности ритма сокращений. Клетки сосудов также используют жирные кислоты в качестве источника энергии, поэтому карнитин важен для поддержания их тонуса.

15. Чем отличаются L-карнитин и ацетил-L-карнитин?

Ацетил-L-карнитин — это разновидность биодобавок, в которых к карнитину присоединена ацетильная группа COCH₃. Такая структурная особенность позволяет карнитину более эффективно взаимодействовать с жирами.

***

Основываясь на фактах из этой статьи, можно сделать вывод, что карнитин — это нечто гораздо большее, чем просто модная добавка. Он играет фундаментальную роль в биохимических процессах, помогая организму усваивать жирные кислоты. Особую ценность он представляет для сердечно-сосудистой системы, печени и мышечных тканей. Избежать дефицита карнитина очень просто — достаточно регулярно употреблять белковую пищу, — а к карнитиновым добавкам лучше относиться с осторожностью, и консультироваться с врачом перед началом их приёма.

Автор текста Иван Стефанов

Изображение на обложке: Freepik