Что такое карнитин?
L-карнитин – уникальное вещество, «витамин здоровья и оптимизма».
С химической точки зрения L-карнитин – аминокислота и благодаря своей важной физиологической роли в организме относится к витаминам группы В (витамин ВТ), но иногда определяется как витаминоподобное вещество наряду с такими соединениями, как холин, инозит и некоторые другие. За способность стимулировать рост L-карнитин называют также «витамином роста».
Основная роль карнитина – участие в метаболизме жиров и обеспечении организма энергией: карнитин переносит жирные кислоты внутрь митохондрий, где они подвергаются окислению.
Организм человека вырабатывает L-карнитин, а также получает его вместе с пищей, однако при определенных условиях этого количества недостаточно и требуется дополнительный прием карнитина в виде специальных продуктов, которые в последние годы во все большем ассортименте появляются на рынке и набирают заслуженную популярность.
Функции карнитина
Основное применение карнитина – жиросжигание и стабилизация оптимального веса (прежде всего в сочетании со спортивными тренировками, занятиями аэробикой и фитнесом), однако следует иметь в виду, что карнитин выполняет в организме множество других необходимых функций:
-снижает уровень холестерина в крови и предотвращает развитие атеросклероза,
-оказывает антиоксидантное действие,
-улучшает работу сердца; снижает риск возникновения ишемической болезни сердца; в ----периоды после приступов – способствует более быстрому восстановлению сердечной мышцы;
-улучшает пищеварение, восстанавливает слизистую желудочно-кишечного тракта при гастритах и панкреатите;
-активизирует восстановление клеток печени;
-частично снижает повышенную функцию щитовидной железы и основной обмен;
-оказывает анаболический эффект за счет повышения биосинтеза белков, прежде всего в мышцах; стимулирует рост детского организма;
-успокаивает нервную систему;
-стимулирует мозговую деятельность;
-повышает иммунитет;
-ускоряет восстановление организма после болезни и операций;
-стимулирует сперматогенез (репродуктивную функции).
Употребление карнитина позволяет достичь активного долголетия.
Потребность организма в L-карнитине и его синтез
Потребность у взрослых В организме человека содержится около 20–25 г карнитина – главным образом в печени и мышечных тканях (20–50 мг на 100 г), в том числе в сердечной мышце, которая от жирных кислот получает 70 % необходимой энергии. Установлено, что 60 % карнитина находится в организме в свободной форме, а 40 % – в форме ацетил-L-карнитина. Карнитин не расщепляется и не преобразуется организмом, однако выводится через почки (в основном в форме ацилкарнитина), поэтому необходимо его пополнение.
Организм человека вырабатывает около 20 мг карнитина в день. Сбалансированная диета (пища животного происхождения) может дать еще 100–300 мг карнитина, в то время как базовая потребность в L-карнитине оценивается в 20 мг на 1 кг веса тела в день (1000–1500 мг), а при повышенных энергозатратах возрастает до 2000–6000 мг в сутки. Такую потребность можно обеспечить только приемом специальных карнитинсодержащих продуктов.
Потребность у детей
Недостаток карнитина встречается у новорожденных, чаще всего недоношенных детей; он обусловлен либо нарушением биосинтеза карнитина, либо его «утечкой» в почках. В грудном молоке содержится L-карнитин, однако в смесях на основе соевого белка карнитина практически нет, а его содержание в молочных продуктах снижено в результате обработки. К счастью, в последние 15 лет крупнейшие производители детского питания добавляют L-карнитин в смеси для детского питания.
В детском организме биохимический процесс синтеза L-карнитина снижен в связи с недостатком одного из необходимых ферментов. Полноценный синтез карнитина начинается примерно с 15 лет, поэтому дополнительный прием карнитина способствует росту детского организма, а в случаях задержки роста – просто необходим.
Биосинтез L-карнитина
Собственный синтез L-карнитина происходит в печени и почках. Для этого необходимы две незаменимые аминокислоты – лизин и метионин, а также ряд микронутриентов – витамины С, В6, ниацин, железо. При недостаточном потреблении высококачественной белковой пищи и недостаточном поступлении необходимых микронутриентов синтез L-карнитина замедляется.
Факторы, влияющие на снижение содержания L-карнитина в организме человека
Поскольку фрукты и овощи содержат очень мало карнитина, вегетарианская диета может привести к недостаточному поступлению карнитина в организм. Вегетарианцы могут использовать карнитинсодержащие продукты, изготовленные на основе L-карнитина от компании Lonza без опасения нарушить свои принципы, так как этот карнитин получается не из животных источников, а синтезируется путем специального многоступенчатого процесса.
Недостаток L-карнитина наблюдается также при ограниченном питании (голодание, низкокалорийная диета).
Симптомы недостаточности
Дефицит L-карнитина может вызвать мышечную слабость, повышенную утомляемость, недостаточность сердечной, печеночной и почечной функций, увеличение жировых отложений. В терминах биохимии, недостаток карнитина может привести к гипогликемии, возникающей из-за снижения глюконеогенеза в результате нарушения процесса окисления жирных кислот, и уменьшению образования кетоновых тел с одновременным повышением содержания СЖК в плазме крови.
Симптомы избыточности
Не обнаружены.
Метаболизм L-карнитина
Химический состав и названия
Названия: L-карнитин; витамин Вт,
гамма-триметил-бета-гидроксибутиробетаин
Формула: (CH3)3N+–CH2–CH(OH)–CH2–COO2–
Структурная формула:
Жиры – важнейший энергетический резерв организма
Хотя основным топливом для организма служат углеводы, жирные кислоты также играют весьма существенную роль в качестве источника энергии. Организм высших животных и растений может запасать и хранить значительные количества нейтральных жиров в качестве резервного топлива. Нейтральный жир характеризуется высокой калорийностью (около 9 кКал на 1 г) и сохраняется в практически безводной форме в виде внутриклеточных жировых капелек, тогда как гликоген (около 4 кКал на 1 г) очень сильно гидратирован и не может храниться в столь концентрированной форме. В организме человека по меньшей мере половина энергии, поставляемой окислительными процессами, протекающими в клетках печени, почек, сердечной мышцы и скелетных мышц, находящихся в состоянии покоя, обеспечивается за счет окисления жирных кислот. У голодающих животных или животных, пребывающих в спячке, а также у перелетных птиц жир является по существу единственным источником энергии.
Бета-окисление жирных кислот
Окисление жирных кислот происходит в митохондриях – энергетических фабриках клетки – в процессе, называемом бета-окисление. Окисление жирных кислот может происходить несколькими метаболическими путями, из которых для организма человека главным является бета-окисление, которое происходит в митохондриях. Сущность последнего заключается в окислении второго от –COOH группы атома углерода, который находится в бета-положении, и отщеплении молекулы ацетил-КоА. Далее ацетил-КоА вступает в цикл лимонной кислоты (цикл Кребса), затем в системе дыхательных ферментов окисляется до конечных продуктов обмена – CO2 и H2O с освобождением большого количества энергии (молекул АТФ). Энергетический выход при окислении жирной кислоты в три раза больше, чем при окислении глюкозы. Основную роль в окислении жирных кислот играют печень и мышечные клетки.
Транспорт жирных кислот через внутреннюю мембрану митохондрий
Подготовительным этапом к окислению является предварительная активация молекул жирных кислот, которая происходит в цитоплазме клеток. Активация жирной кислоты включает реакцию взаимодействия ее с КоА и АТФ, вследствие чего образуется активная форма жирной кислоты – ацил-КоА. Реакцию катализирует фермент тиокиназа.
Низшие жирные кислоты могут проникать в митохондрии независимо от карнитина, однако длинноцепочечные ацил-КоА (Long-Chain Acyl-CoA) не могут проникать в митохондрии и окисляться, если предварительно не образуют ацилкарнитин-производных (Acyl-Carnitine). На наружней стороне внутренней мембраны митохондрий имеется фермент карнитин-пальмитоилтрансфераза I (CPT I), который переносит длинноцепочечные ацил-КоА на карнитин с образованием ацилкарнитина (Acyl-Carnitine); последний с помощью фермента карнитин-ацилкарнитин-транслоказы (CT) способен проникать через внутреннюю мембрану митохондрии. Затем при действии карнитин-пальмитоилтрансферазы II (CPT II), локализованной на внутренней поверхности внутренней мембраны митохондрии, ацилкарнитин взаимодействует с внутримитохондриальным КоА; в результате он распадается, после чего свободный ацил-КоА включается в процесс бета-окисления, а свободный карнитин выходит из митохондрии в цитоплазму клетки.
Митохондрии – энергетические станции клетки
Митохондрии относятся к клеточным органеллам – мембранным структурам, находящимся в цитоплазме клеток. По размерам митохондрии близки к бактериям, и по своим уникальным свойствам считаются некоторыми учеными симбиотическими аэробными микроорганизмами, живущими в клетках. В пользу этого говорит тот факт, что митохондрии имеют собственный генетический аппарат, синтезирующий белки по схеме, характерной для бактерий.
В митохондриях происходит окисление углеводов, жирных кислот и аминокислот до CO2 и воды молекулярным кислородом. Таким образом, митохондрии являются «топками» по аэробному сжиганию энергетических субстратов с получением необходимой организму энергии.
Количество и расположение митохондрий
Митохондрии часто располагаются в клетке в непосредственной близости от структур, нуждающихся в АТФ, который является продуктом их деятельности, или же вблизи источников клеточного «топлива», в котором они сами нуждаются. В некоторых клетках, например, в клетках печени, митохондрии могут свободно перемещаться в цитоплазме, тогда как в других, например, в мышечных клетках, их положение более или менее фиксировано. В активно работающих мышечных клетках митохондрии располагаются правильными рядами вдоль миофибрилл. Благодаря этому образующиеся в митохондриях молекулам АТФ приходится диффундировать на очень короткие расстояния для того, чтобы достичь сократительных элементов миофибрилл. Нередко митохондрии располагаются также возле находящихся в цитоплазме жировых капелек, используемых в процессах окисления в качестве «топлива».
В клетке печени (гепатоците) насчитывается около 800 митохондрий, имеющих форму глобул диаметром около 1 мкм. Митохондрии занимают около 20–22 % общего объема гепатоцита.
Число митохондрий в клетках увеличивается при спортивных тренировках, так как их количество влияет на физическую работоспособность.
Структура митохондрий
Размеры и форма митохондрий весьма разнообразны, но все они имеют две мембраны – гладкую внешнюю и внутреннюю, имеющую множество перегибов и складок (крист), выступающих в сторону матрикса (внутреннее пространство митохондрий). Мембраны образуют пространственную структуру, в которой расположено множество различных ферментов, индивидуально локализованных на наружной мембране, внутренней мембране, в межмембранном пространстве, в матриксе. Смысл крист – увеличение площади поверхности внутренней мембраны, на которой располагаются ферменты, участвующие в дыхательных процессах. Матрикс состоит примерно на 50 % из белка; это студнеобразная масса с очень тонкой структурой.
Мембраны значительно различаются проницаемостью. Наружная мембрана проницаема для большинства растворенных низкомолекулярных соединений; внутренняя мембрана проницаема только для воды, небольших нейтральных молекул, таких, например, как мочевина и глицерин, а также для короткоцепочечных жирных кислот. Благодаря этой специфической особенности внутренней мембраны в матриксе имеется пул ряда ферментов цикла лимонной кислоты и ферментов бета-окисления жирных кислот, физически и функционально отделенных от цитоплазматического пула.
Работа митохондрии требует переноса через внутреннюю мембрану ряда специфических метаболитов, для чего существует несколько транспортных систем. В частности, длинноцепочечные жирные кислоты транспортируются внутрь митохондрий с помощью «карнитинового челнока».
Ацетил-L-карнитин
Ацетил-L-карнитин (АЛК) является производным L-карнитина и широко встречается не только в мышечных клетках, но и в клетках центральной нервной системы, где играет важную роль как источник ацетильных групп для синтеза ацетилхолина – важного нейромедиатора, передатчика нервного импульса и стимулянта ЦНС, – а также в энергообеспечении клеток ЦНС. В отличие от L-карнитина АЛК может проникать через гематоэнцефалический барьер (кровяной барьер мозга), поэтому его выпуск в качестве отдельного продукта оправдан и может служить для стимуляции деятельности мозга.
АЛК способствует продлению жизни нервных клеток, улучшает их функционирование. Прием АЛК особенно важен в среднем и пожилом возрасте. В частности, исследования показали, что АЛК тормозит развитие болезни Альцгеймера, улучшает память, предупреждает возникновение депрессии у пожилых людей.
Также установлено, что АЛК поддерживает работу сердца и влияет на спермогенез, повышая репродуктивную функцию у мужчин
Пищевые источники L-карнитина
Основное количество L-карнитина поступает к нам вместе с пищей, – в основном, с пищей животного происхождения (молоко, мясо). Фрукты и овощи содержат очень мало карнитина, поэтому вегетарианская диета может привести к слабости и снижению выносливости при физической нагрузке.
Содержание L-карнитина в необработанной пище животного происхождения (мг на 100 г)
ягнятина 190
оленина 150–160
говядина 143
свинина 25
мясо домашней птицы 13
рыба 3–10
Содержание L-карнитина в необработанной пище растительного происхождения (мг на 100 г)
Грибы 2,6
морковь 0,4
хлеб 0,4
рис 0,3
бананы 0,1
помидоры 0,1
L-карнитин против D-карнитина
L-карнитин, как и многие другие биомолекулы, существует в двух вариантах, имеющих одинаковый химический состав, но различную пространственную конформацию, – L-карнитин (левая форма) и D-карнитин (правая форма). Два стереоизомера карнитина являются зеркальным отражением друг друга, и это различие приводит к их абсолютно различной ценности для организма человека.
В природных источниках обнаружен L-карнитин, и только он играет биологически активную роль. D-карнитин нарушает биосинтез L-карнитина в печени и вызывает его недостаточность. До начала 1980-х годов на рынке предлагался так называе мый рацемический D-,L-карнитин. Рацемат – это смесь обеих изомерных форм вещества, получаемого химическим путем. Существующие методы очистки рацемата карнитина позволяют снизить содержание D-карнитина до нескольких процентов, но только биотехнология компании Lonza (использование культур микроорганизмов для выработки чистого L-карнитина) позволяет получать идеальный продукт, полностью соответствующий человеческой природе.
С возникновением альтернативы и по причине возможного отрицательного влияния D-карнитина на организм человека американский Департамент пищевых продуктов и лекарственных средств (FDA) запретил в 1984 г. распространение в США D-карнитина и D-,L-карнитина. В настоящее время в мире используется преимущественно L-карнитин компании Lonza, а также химически синтезированный L-карнитин испанской фирмы Tau-Sigma.
Абсолютно чистый L-карнитин
Компания Lonza благодаря своему патентованному уникальному методу стереоспецифического синтеза биологически чистого L-карнитина является в настоящее время единственным в мире производителем, который может гарантировать 100%-отсутствие нежелательной D-формы в конечном продукте.
Lonza выпускает чистый карнитин под названием L-Carnitine Cristalline (порошок), устойчивые к влаге соли карнитина L-Carnitine L-Tartrate (порошок) и L-Carnitine Magnesium Citrate (гранулы), а также физиологически активный метаболит L-карнитина Acetyl-L-Carnitine (порошок). Продукты Lonza сертифицированы ведущими мировыми организациями по контролю за качеством и являются кошерными продуктами.
Карнитин и спорт
В отличие от всех остальных жиросжигателей, значительно усиливающих расщепление жировых отложений (липолиз) и выброс в кровь свободных жирных кислот (СЖК), карнитин как таковой в липолизе не участвует, зато он участвует в утилизации жирных кислот, поэтому его действие максимально заметно тогда, когда в крови уже присутствует много СЖК: благодаря карнитину значительно повышается проницаемость клеточных мембран для жирных кислот, интенсифицируется энерговыделение, увеличивается работоспособность и выносливость организма. Повышение количества СЖК в крови происходит при длительных физических нагрузках, аэробике, при потреблении жирной пищи, при разгрузочных (низкокалорийных) диетах; повышенный уровень жирных кислот в крови наблюдается у маленьких детей. Вот почему карнитин необходим при занятиях спортом, в экстремальных условиях, при похудательных диетах, для усиления роста детей.
Силовые тренировки
Карнитин способствует увеличению силы и мышечной массы, более быстрому восстановлению после нагрузок за счет общего улучшения обменных процессов в клетках, при которых аминокислоты, витамины, минералы и другие необходимые вещества свободнее проникают в клетки, а из клеток удаляются токсичные продукты обмена.
Во время силовых тренировок карнитин, способствуя выработке энергии из жирных кислот, позволяет сберечь аминокислоты ВСАА в мышцах, то есть создает антикатаболический эффект. При необходимости повысить уровень производства энергии без жиросжигания рекомендуется увеличить потребление жиров с пищей (до 100 г в сутки).
Свойство L-карнитина предотвращать набор жировой ткани после диеты помогает культуристу сохранять рельеф после соревновательного периода, когда он после изнурительной «сушки» возвращается к интенсивным тренировкам на набор мышечной массы и к высокой калорийности рациона. Особенно нужен карнитин культуристу в летнее время, так как он снижает основной обмен, чем помогает сохранить мышечную массу.
Аэробные виды спорта
Карнитин незаменим для повышения общей и специальной выносливости в таких видах спорта, как бег, плавание, гребля. Карнитин применяется при специальной высокожировой диете, позволяющей избежать падения массы тела при продолжительных тренировках.
Сочетание выраженного анаболического и общеукрепляющего действия карнитина с полной безвредностью ставит его на особое место в наборе средств современной спортивной подготовки
Карнитин и здоровье
Карнитин для похудения Хорошо известно, что только аэробные тренировки в сочетании с низкокалорийной диетой приводят к эффективному похудению. Карнитин при этом просто необходим: он обеспечивает утилизацию жирных кислот и их недоокисленных остатков, количество которых в крови резко возрастает, снижает образование свободных радикалов, повышает энерговыделение и выносливость организма, поддерживает сердце, улучшает настроение. С началом приема карнитина начинается стабильный процесс «сжигания» жировой ткани. (Кстати, прием перед и во время тренировки небольших количеств легкоусвояемых углеводов способствует более быстрому запуску синтеза собственного карнитина в печени. Такой метод рекомендуется в отсутствие приема карнитинсодержащих добавок.)