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.

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, Phenobarbi-tal), 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 ( 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.

eubiopur Newsletter