L-Carnitin (Vitaminoid)

L-Carnitin wurde im Jahre 1905 zum ersten Mal aus Fleischextrakt - daher auch sein Name (lat. caro, carnis, Fleisch) - isoliert. 1932 deckte man seine chemische Struktur als ß-Hydroxy-y-Butyrobetain auf. Trotz zahlreicher pharmakologischer Untersuchungen in den 30er Jahren blieb seine physiologische Rolle jedoch lange ungeklärt. Die Verbindung war nahezu in Vergessenheit geraten, bis Carter und Mitarbeiter 1952 (1) aufgrund ihrer Untersuchungen an Mehlwürmern das wissenschaftliche Interes­se an L-Carnitin neu erweckten. Für den Mehlwurm Tenebrio molitor ist L-Carnitin ein essenzieller Wachstumsfaktor. Daher rührt auch die für L-Carnitin gebräuchliche Bezeichnung Vitamin BT. Wenig später zeigten Wissenschaftler, dass L-Carnitin eine zentrale Rolle im Fettstoffwechsel spielt. Als 1973 erstmals ein genetisch bedingter primärer L-Carnitin-Mangel beim Menschen nachgewiesen wurde, stieg das Interesse an L-Carnitin stark an. Man hatte bis dahin immer angenommen, dass der Mensch adäquate Mengen an L-Carnitin selber bilden oder einen erhöhten Bedarf über die Ernährung ausgleichen kann. Die Erkenntnis, dass einige Individuen zur Aufrechterhaltung eines normalen Energiestoffwechsels auf eine zusätzliche L-Carnitin-Substitution angewiesen sind, führte zur Einordnung des Carnitins als Vitamin oder als Vitamin ähnliche Verbindung (Vitaminoid). Da L-Carnitin aus der essenziellen Aminosäure L-Lysin im Körper gebildet werden kann, halten viele Ernährungswissenschaftler die Bezeichnung als Vitamin für unzutreffend. Allerdings kann auch das als Vitamin B3 bezeichnete Niacin im Körper aus der essenziellen Aminosäure L-Tryptophan synthetisiert werden.

Die komplexe Rolle des L-Carnitins im Energiestoffwechsel des menschlichen Organismus, seine Bedeutung für die Herzfunktion und das Immunsystem wurde erst in den letzten Jahren vollständig aufgeklärt.

Weiterführende Informationen zum Vitaminoid L-Carnitin

L-Carnitin ist eine körpereigene quartäre Ammoniumverbindung, die in der Leber und den Nieren aus L-Lysin und L-Methionin un­ter Beteiligung der Vitamine C, B6, Niacin und Eisen gebildet wird. Die höchsten L-Carnitinkonzentrationen im Körper finden sich in Organen, die ihren Energiebedarf überwie­gend aus der Verbrennung von Fettsäuren decken: der Herz- und Skelettmuskulatur.

L-Carnitin ist für den Transport langkettiger aktivierter Fettsäuren (Acyl-CoA) und die Energiegewinnung aus dem Fettsäureab­bau (ß-Oxidation) essenziell (siehe Abb. 3.2). Langkettige aktivierte Fettsäuren kön­nen die innere Mitochondrienmembran nicht passieren. Die Enzyme der ß-Oxidation sind jedoch im mitochondrialen Matrixraum lo­kalisiert. Mit Hilfe der Carnitin-Palmitoyl-Transferase 1 (CPTI) wird Acyl-CoA zum Acyl-Carnitin umgeestert. Im Gegensatz zu Acyl-CoA kann Acyl-Carnitin (= Transport­form) mittels der Carnitin/Acyl-Carnitin-Translokase die mitochondriale Innenmem­bran passieren.

Acyl-CoA + Carnitin —> Acyl-Carnitin + CoA-SH

Ein Carnitinmangel ist mit einer Reduk­tion der Fettsäureoxidation und Hemmung CoA-abhängiger Stoffwechselprozesse asso­ziiert. Die Herzmuskelzellen weisen sehr hohe L-Carnitin-Konzentrationen auf, da das Herz seine Energie vor allem aus der Verbrennung von Fettsäuren bezieht, im Gegensatz zum Gehirn, das Glucose ver-stoffwechselt. L-Carnitin verbessert die Energieversorgung und steigert die körperli­che Leistungsfähigkeit.

Neben seiner Funktion als Fettsäurecarrier ist L-Carnitin auch ein mitochondrialer Ent­gifter. Es ist in der Lage, die im Wege der Ver­brennung entstandenen Stoffwechselproduk­te, z. B. freie Fettsäuren, als L-Carnitin-fettsäureester wieder aus den Mitochondrien abzutransportieren und eine Anreicherung to­xischer Verbindungen zu verhindern. Das mitochondriale Carnitinsystem besteht aus 3 Carnitin-Acyl-Transferasen und einer Carnitin-Acylcarnitin-Translokase.

Der Immunstatus wird durch L-Carnitin, insbesondere bei geschwächtem Immunsy­stem (AIDS, Infektionskrankheiten), verbes­sert. L-Carnitin steigert die Lymphozyten-proliferation, die Phagozytoseaktivität der Granulozyten und Monozyten sowie die Ak­tivität der natürlichen Killerzellen.

Darüber hinaus weist L-Carnitin membranstabilisierende, antioxidative und neuroprotektive Eigenschaften auf.

L-Carnitinbedarf und -resorption

Der tägliche Bedarf an L-Carnitin wird auf 100 bis 300 mg geschätzt. Die körpereigene Carnitin-Biosynthese deckt etwa 10% des Tagesbedarfs ab und ist auf die ausreichende Versorgung mit Cofaktoren wie Eisen und Vi­tamin C angewiesen.

Die Carnitin-Resorption erfolgt im Dünn­darm über einen Na+-abhängigen aktiven Transportmechanismus oder mittels passiver Diffusion.

Arzneimittel:
Anthrazykline (z.B. Adriamycin), Antiepileptika (Valproinsäure, Carbamazepin, Phenytoin, Phenobarbital), Carbapeneme, Cephalosporine, Cisplatin, Ifosfamid, Isotretinoin, Nukleotidische RT-Inhibitoren (Adefovir), Nukleosidische RT-Inhibitoren (z.B. Zidovudin), Pivalinsäurehaltige Antibiotika (z. B. Pivampicillin), Proteasehemmer, Pyrimethamin, Sulfadiazin. Durch Pivalinsäurehaltige Arzneimittel, Ifosfamid und Valproinsäure wird die Bildung von nicht mehr metabolisierbaren Acyl-CoA-Verbindungen gesteigert und CoA-abhängige Stoffwechselwege blockiert. Die renale Exkretion von Pivaloyl- und Valproyl-L-Carnitin-Estern kann zu iatrogenem Carnitinmangel führen. Cisplatin, Cephalosporine und Carbapeneme hemmen die renaltubuläre Reabsorption und können tubuläre Schäden verursachen.

Ernährung:
Vegan, Kwashiorkor, Reduktionsdiäten, Sondenernährung, TPN. 

Erhöhter Bedarf:
Alter, Frühgeborene, Schwangerschaft, starke körperliche Belastung (z.B. Leistungssport), schwere Operationen, Phenylketonurie.

Erkrankungen:
Ischämische Herz-Kreislauf-Erkrankungen (KHK, Myokardinfarkt), AIDS/HIV-Infektion, Hyperthy-reoidismus, Infektionskrankheiten (Diphtherie, Tuberkulose), Kachexie, Krebs, Lebererkrankungen, Post-Polio-Syndrom, Sepsis, Traumata, Diabetes mellitus.

Niereninsuffizienz (—» Hämodialyse):
Verluste über das Dialysat, die Galle, verminderte Biosynthese und Abbau im Darm.

Enzymdefekte der mitochondrialen Atmungskette und ß-Oxidation (z.B. Acyl-CoA-Dehydrogenase-Mangel) Organoazidurien (Propion-, Methylma-lonazidurie):
Vermehrte renale Exkretion von Acyl-Carnitin führt zu sekundären Carnitinmangel im Serum und den Geweben.

Schwangerschaft:
Bereits in der 12. Schwangerschaftswoche kann das freie L-Carnitin im Serum signifikant sinken und zum Geburtstermin ein Level erreichen, der einem primären L-Carnitinmangel (<20 pmol/1) entspricht. Ursachen: Hoher Carnitinbedarf des Feten, gesteigerter Fettsäurestoffwechsel in der Schwangerschaft, Eisenmangel sowie erhöhte renale Acyl-Carnitin-Clearance (> 3-fach). Cofaktormangel: Eisen, Vitamin C, Lysin, Methionin, Vitamin B6 und Niacin. Primärer systemischer L-Carnitin-Man-gel: Angeborene Störung (autosomal-rezessiv) des L-Carnitinstoffwechsels. Ursache ist ein Defekt des Carnitin-Transport-systems der Zellmembranen. Die Erkrankung tritt sehr selten auf (1:10000), manifestiert sich bereits im frühem Kindesalter und verläuft unbehandelt tödlich.

Mögliche Folgen/Mangelsymptome

Anämie, Müdigkeit, Leistungschwäche, verminderte Stresstoleranz

Carnitin-Acyl-Transfera.se: Aktivität und Transkriptionsrate 1

Muskelschwäche, Myalgien, Myo-, Neuropathien, Lipidspeichermyopathien Kardiomyopathien, Herzinsuffizienz Säuglinge und Kleinkinder: Gedeih- und Wachstumsstörungen

Immunsystem: Infektanfälligkeit Serum: Freies Carnitin 0,4, postprandial). Primärer systemischer Carnitinmangel: Muskelschwäche, schmerzhaften Muskelkrämpfe, Myoglobinurie (Rhabdomyoly-se), hepatische Enzephalopathie, progressive dilatative Kardiomyopathie, Ketoazi-dose, Lipidakkumulation (Herz, Leber). Lipidstoffwechsel: Fettsäureoxidation 1, Dyslipoproteinämie (VLDL u. TG t), Pro-pionazidurie, (Lipodystrophie?). Intermediärstoffwechsel: Hemmung CoA-abhängiger Stoffwechselprozesse Hypoglykämie, Hyperammonämie, Insulinresistenz, Laktatazidose. PDH-Aktivität i

Adipositas

Eine Substitution von L-Carnitin (3 x 1000 mg/Tag) in Verbindung mit einer Diät und körperlicher Aktivität (z. B. moderater Aus­dauersport) fördert den Fettstoffwechsel und die Gewichtsreduktion. L-Carnitin ist al­lerdings kein „Fettburner", wie in der Laien­presse immer wieder fälschlicherweise be­hauptet wird und auch nur sinnvoll bei gleich­zeitiger körperlicher Aktivität!

AIDS

Im Körper des HIV-Patienten sterben täg­lich Millionen infizierter T4-Lymphozyten (CD4-Zellen) durch übermäßige Apopto-se (programmierter Zelltod) ab. Diese massi­ven Verluste versucht das Immunsystem per­manent durch Produktion neuer T4-Zellen auszugleichen. Auf Dauer entwickelt sich ein Eiweißmangel, der zu einer zusätzlichen Schwächung des Immunsystems führt.

Bei AIDS-Patienten werden neben redu­zierten L-Carnitin-Serumspiegeln vor allem stark erniedrigte Carnitinkonzentrationen in den Monozyten gefunden. Als mögliche Ursachen werden Energiestoffwechsel­störungen (Eiweißmangel), antiretrovirale Virustatika, renale Verluste und gastrointesti-nale Störungen diskutiert. L-Carnitin verbes­sert bei Patienten mit AIDS die Fettverbren­nung, steigert die Phagozytoseaktivität der Granulozyten, aktiviert die Monozyten und scheint auch dem Prozess der übermäßigen Apoptose entgegenzuwirken. In einer Unter­suchung an männlichen AIDS-Patienten, die mit Zidovudin und Cotrimoxazol behandelt wurden, führte die tägliche intravenöse Gabe von 6 g L-Carnitin zu einer deutlichen Re­duktion der T-Zell-Apoptose. Die unter der Therapie mit NRTI (Zidovudin, Didano-sin) auftretende Muskelschwäche und peri­phere Neuropathie kann durch L-Carnitin verbessert werden.

Diabetes mellitus

Infusionen mit Acetyl-L-Carnitin führten in Studien an Typ-2-Diabetikern zu einer signi­fikanten Verbesserung des Glucosestoff-wechsels, nachweisbar in einem Anstieg der Glucoseoxidation und -Verwertung sowie ei­ner Abnahme der Insulinresistenz und der La-katat-Plasmaspiegel. Als möglicher Mecha­nismus wird eine Erhöhung der Glykogen-synthase-Aktivität durch L-Carnitin disku­tiert. Die mit einem Diabetes melli­tus assoziierte Dyslipoproteinämie (erhöhte Triglycerid- und Ketonkörperwerte) sowie die Symptomatik peripherer Neuropathien können durch L-Carnitin (1000 bis 4000 mg/Tag, p.o.) verbessert werden.

Alzheimer

Acetyl-L-Carnitin (ALC) besitzt die glei­chen Eigenschaften wie L-Carnitin, soll aber bei der Behandlung altersbedingter Hirnleis­tungsstörungen wirksamer sein. Möglicher­weise wird ALC durch die Acetylierung bes­ser resorbiert. ALC besitzt antioxidative Ei­genschaften und verbessert die Energiever­sorgung der Gehirnzellen. Aufgrund der strukturellen Ähnlichkeit mit Acetycholin wird auch eine cholinomimetische Wirkung des Carnitins diskutiert. In einer Doppel­blindstudie an Patienten mit Alzheimer-Er­krankung konnte durch die tägliche Gabe von 3 X 1000 mg Acetyl-L-Carnitin über die Dauer von einem Jahr eine signifikante Ver­langsamung der Krankheitsprogression (zu­nehmende Beeinträchtigung kognitiver und funktioneller Körperfunktionen) beobachtet werden.

Hämodialyse

Die Niere spielt eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Carnitin-Homöosta-se und der endogenen Carnitin-Biosynthe-se. Über 90% des filtrierten Carnitins wird wieder renal rückresorbiert. Dabei ist die Clearance für Acyl-Carnitin (AC) signifikant höher als die des freien Carnitins (C). Da Acyl-Carnitin in der Niere schlechter rückre­sorbiert wird als freies Carnitin ist ein An­stieg des AC:C-Quotienten im Plasma mit ei­nem Carnitinmangel verbunden. Dialysepati­enten weisen häufig aufgrund erniedrigter endogener Synthese und hohen Dialysatver-lusten einen Carnitinmangel auf. Durch seine Lipidsenkenden Eigenschaften ist eine L-Carnitin-Substitution bei Dialyse-Patien­ten vor allem im Hinblick auf das erhöhte atherothrombotische Risiko von Bedeutung. Bei Niereninsuffizienz kann das Hormon Erythropoetin (EPO), das für die Erythropoe-se im Knochenmark erforderlich ist, nicht mehr ausreichend gebildet werden. Als Folge kann sich eine Anämie entwickeln. Durch die intravenöse Gabe von 1 g L-Carnitin kann der EPO-Bedarf zur Vorbeugung einer Anämie signifikant reduziert werden. Auch der Lipidstoffwechsel (LDL-, Gesamt-Choleste-rin) und die antioxidative Kapazität des Plas­mas wird durch L-Carnitin verbessert. Zum Ausgleich der Dialysatverluste wird die parenterale Applikation von 1 bis 2 g L-Car­nitin nach jeder Hämodialyse empfohlen.

Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Das Herz gewinnt seine Energie überwie­gend (zu 60-70 %) aus der Verbrennung von Fettsäuren. Damit das Herz seine Funk­tion ausüben kann, ist es auf eine ausreichen­de Versorgung mit L-Carnitin angewiesen. Bei Herzerkrankungen wie KHK und Herzin­suffizienz sind die myokardialen L-Carnitin-Konzentrationen deutlich verringert. L-Car­nitin steigert bei Patienten mit KHK die Be­lastungstoleranz, vermindert die durch Ischä­mie verursachten EKG-Veränderungen und ökonomisiert die Herzleistung. Möglicherweise schützt L-Carnitin dabei das Myokard vor der oxidativen Schädigung durch freie Sauerstoffradikale, die nach Ischämie und anschließender Reperfusion entstehen.

In der Therapie der chronisch-stabilen An­gina pectoris stellt eine Ergänzung mit L-Car­nitin eine sinnvolle therapeutische Maßnah­me neben der etablierten Standardtherapie mit Betablockern, Calciumantagonisten und Nitraten dar. In einer doppelblinden plazebo-kontrollierten und randomisierten Studie führte die tägliche orale Applikation von 2 g L-Carnitin über einen Zeitraum von 28 Tagen bei Patienten nach einem akuten Herzinfarkt zu einer deutlichen Reduktion der Infarkt­größe, der linksventrikulären Dilatation, der Herzrhythmusstörungen und der Angina pec-toris-Symptomatik. Die Analyse von 3 Multizenterstudien an über 3500 Patien­ten mit chronisch myokardialer Ischämie, die über ein Jahr zusätzlich zur Standardthera­pie mit 2 g L-Carnitin behandelt wurden, er­gab neben einer Verminderung von Angina-pectoris-Anfällen und Verbesserung der phy­sischen Leistungsfähigkeit, einen signifikant reduzierten Verbrauch herzwirksamer Medikamente. In der Therapie von Herz­erkrankungen werden Dosierungen von 500 mg bis 4000 mg L-Carnitin pro Tag ein­gesetzt.

Hyperlipidämien

Bei Fettstoffwechselstörungen kann L-Car­nitin (1000-4000 mg/Tag) die Triglyceri­de und die Gesamt-Cholesterinwerte senken und das HDL-Cholesterin erhöhen.

Krebs (—> Anthrazykline)

Die prophylaktische Gabe von L-Carnitin kann die therapeutische Breite von Anthrazy-klinen verbessern. Als mögliche Ursachen der Anthrazyklin-induzierten Kardiotoxizität werden folgende Mechanismen diskutiert: Blockade der Carnitin-Palmitoyl-Transferase sowie der Betaoxidation langkettiger Fettsäu­ren im Herzmuskel, Interaktion mit dem Phos-pholipid Cardiolipin der myokardialen Mito­chondrienmembran und oxidative Membran­schäden. Zur Prävention kardiotoxischer Ne­benwirkungen der Anthrazykline werden 3 x täglich 1 g L-Carnitin oral sowie 1 -2 g (i.v.) vor der Chemotherapie empfohlen (24)(25).

Periphere arterielle Verschlusskrankheit

Die Substitution von L-Carnitin (1000 bis 2000 mg/Tag) führte in mehreren Studien zu einer signifikanten Verbesserung der Geh­strecke bei Claudicatio intermittens.

Schwangerschaft und Stillzeit

Schwangere und stillende Frauen haben einen erhöhten Carnitin-Bedarf. Für eine nor­male Entwicklung des Fetus und des Neuge­borenen ist die Energiegewinnung aus der Verbrennung langkettiger Fettsäuren essenzi­ell. Beim Neugeborenen ist die Fähigkeit zur körpereigenen L-Carnitin-Synthese noch nicht vollständig entwickelt. Seine initiale L-Carnitin-Versorgung ist daher stark vom L-Carnitin-Status der Mutter abhängig. Schwangere Frauen weisen niedrigere L-Car-nitin-Serumspiegel im Vergleich zu Nicht-Schwangeren auf. Auch die L-Carnitin-Kon-zentrationen im fetalen Blut und im Blut der Nabelschnur sind deutlich höher als im müt­terlichen Blut. Man nimmt an, dass L-Carni­tin durch einen aktiven Transportmechanis­mus über die Plazenta zum Fetus gelangt.

Im Gegensatz zu künstlicher Säuglings­nahrung auf Kuhmilch- oder Sojabasis, ent­hält Muttermilch große Mengen an L-Carni­tin. Die Bioverfligbarkeit von L-Carnitin aus der Muttermilch ist zudem wesentlich besser als aus vergleichbarer Flaschennahrung. Die­se Tatsache unterstreicht wieder einmal die Bedeutung der Muttermilch für die gesunde frühkindliche Entwicklung.

Bei Frühgeborenen findet man stark er­niedrigte L-Carnitin-Serumspiegel. Eine rechtzeitige L-Carnitin-Substitution fördert die Gewichtszunahme und das Wachstum.

 Leistungssport

Bei Ausdauersportarten wird der größte Teil der Energie durch die Fettverbrennung be­reitgestellt. Der Körper eines Ausdauersport­lers verbraucht aufgrund der gesteigerten Muskelarbeit mehr Carnitin als er durch Ei­gensynthese oder über die Nahrung aufneh­men kann. Vor allem bei Ausdauersportarten wie Radrennen, Marathonlauf und Schwim­men ist der Körper auf eine optimale Versor­gung mit L-Carnitin angewiesen. Ein Carni­tinmangel kann sich daher durch eine un­genügende Energieverwertung leistungsmin-dernd auswirken. Carnitin kann die maxima­le Sauerstoffaufnahme erhöhen, den intra­muskulären Laktatanstieg verzögern und die Regeneration nach hohen Trainingsbelastun­gen beschleunigen. Zusätzlich schützt es das Immunsystem des Athleten vor Schwächung durch Übertraining. Dosierung: In Trainings­phasen 500 bis 2000 mg L-Carnitin pro Tag, vor einem Wettkampf (2-3 h vorher) 2000 mg bis 4000 mg L-Carnitin.

Post-Polio-Syndrom (PPS)

Das Post-Polio-Syndrom ist eine neurologi­sche Störung, die sich erst Jahrzehnte nach einer akuten Polioinfektion durch Sympto­me wie Muskelschmerzen, starke Ermüdbar­keit und fortschreitende Muskelschwäche äußert. In seltenen Fällen können Muskel­atrophie, Atem- und Schluckbeschwerden so­wie Kälteempfindlichkeit auftreten. Die bis­her vorliegenden Ergebnisse zum Einsatz von L-Carnitin bei PPS belegen, dass durch L-Carnitin (1000 bis 3000 mg/Tag) eine deutli­che Verbesserung der Ausdauer, Muskelkraft und Schmerzsymptomatik erzielt werden kann (27)(28).

Valproinsäure

Antiepileptika wie Carbamazepin, Pheny­toin, Phenobarbital und Valproinsäure redu­zieren die L-Carnitin-Serumspiegel. Bei Kin­dern können unter Langzeittherapie mit Val­proinsäure Störungen des Leberstoffwech­sels mit Hyperammonämie, Erhöhung der Lebertransaminasen, Enzephalopathie bis hin zu toxischen Hepatopathien auftreten. Unter Zusatzmedikation mit weiteren Anti-konvulsiva ist das hepatotoxische Risiko deutlich erhöht. Valproinsäure blockiert CoA-abhängige Stoffwechselprozesse und führt durch die vermehrte renale Exkretion von Valproyl-L-Carnitin zu einem Carnitin­mangel. Möglicherweise kann die adjuvante Gabe von L-Carnitin (500-3000 mg/Tag) die Lebertoxizität der Valproinsäure reduzieren.

Weitere Anwendungsgebiete

Lebererkrankungen, parenterale Ernährung, Muskeldystrophien, Neuro- und Myopathien.

Nebenwirkungen

In seltenen Fällen wurden gastrointestina-le Unverträglichkeiten (Übelkeit, Durch­fall) und verstärkter Körpergeruch beobach­tet.

Bei der ATP-Produktion in den mitochon­drialen Multienzymkomplexen der Atmungs­kette wirken L-Carnitin und a-Liponsäure synergistisch. Cholin kann die renale Exkre­tion von L-Carnitin deutlich reduzieren und trägt dadurch möglicherweise zu einer Ver­besserung des Carnitinstatus bei.

Hinweis: Es sollte immer nur die L-Form, nie das Racemat oder die reine D-Form des Carnitins verwendet werden. Bei Hämodialy-se-Patienten führte das Razemat zu Myas-thenia-ähnlichen Symptomen. Man nimmt an, dass die D-Form die zelluläre Aufnahme des natürlichen L-Carnitins hemmt und da­durch zu einem Carnitinmangel in der Herz-und Skelettmuskulatur führt.

Dosierung: Je nach Krankheitsbild und Schwere der Erkrankung wird L-Carnitin in Dosierungen zwischen 0,5 und 6 g pro Tag angewendet. Die tägliche therapeutische Do­sis für Erwachsene und Kinder liegt bei etwa 25 bis 100 mg pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag.

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