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Studie: L-Carnitin | |
| | Geschrieben/Gepostet am 12. Januar 2001 von theFunk |
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1. Geschichte des Carnitins
Carnitin wurde um die Jahrhundertwende von russischen Forschern als Wirksubstanz in tierischen Muskelpräparaten entdeckt (Gulewitch und Krimberg, 1905). Aufgrund des Vorkommens im Fleisch (Lateinisch: caro, carnis) wurde diese Substanz als Carnitin bezeichnet. Japanische Forscher beschrieben 1927 die Strukturformel des Carnitins (Tomita und Sendju, 1927). Aufgrund experimenteller Untersuchungen mit dem weißen Mehlwurm (tenebrio molitur) wurde angenommen, dass Carnitin ein Vitamin ist und als Vitamin BT bezeichnet. Durch den Nachweis der reversiblen Acetylierung des Carnitins im Organismus entfiel die Einordnung als Vitamin ( Friedman und Fraenkel, 1955). Die physiologische Bedeutung des Carnitins rückte in ein anderes Licht, als Fritz (1955) nachwies, dass Carnitin die Oxydation der Fettsäuren im Leberhomogenat erhöhte. Bis 1970 erfolgte die Aufklärung der Funktion des L-Carnitins beim Transport der Fettsäuren durch die Mitochondrienmembran. 1973 wurde ein genetisch bedingter Enzymdefekt zur Körpereigenen Bildung des L-Carnitins erkannt und bei Kindern Carnitinmangelzustände beschrieben. Nachdem in wissenschaftlichen Laboratorien (in Leipzig ab 1930 durch Prof.Strack) kleine Mengen von Carnitin hergestellt wurden, begann die industrielle Großproduktion des stereoselektiv getrennten L Carnitins 1982. Im Vergleich zur D-Form des Carnitins hat sich das L-Carnitin als die biologisch aktive und nichttoxische Form erwiesen.
2. Biochemie des Carnitins
Carnitin wird aus den beiden Aminosäuren Lysin und Methionin gebildet. Die Synthese erfolgt über 5 enzymatische Zwischenschritte bis es zur Bildung der Trimethyl-gamma-amino beta-hydroxybuttersäure, dem Carnitin, kommt ( Rebouche und Engel, 1980). Biologisch wirksam ist nur das L-Isomer (linksdrehendes Carnitin). Wesentlich für die Carnitinbildung ist die Anwesenheit von Eisen und einigen Vitaminen, besonders Vitamin C, Vitamin B6 und Niacin. Die Reserven des Organismus an Carnitin betragen 20 % bis 25% g. Die Reabsorption des niedermolekularen freien Carnitins in den Nieren betragt über 90%. Dadurch gehen dem Organismus etwa 20 bis 70 mg/Tag über den Urin verloren. Die biologische Verwertung des oral aufgenommenen L-Carnitins ist bedeutend hoher als die des parenteral (Infusion) zugeführten.
3. Abhängigkeit der L-Carnitinkonzentration im Blut von Diät und Belastung
Die tägliche Aufnahme des L-Carnitins bei Gemischtkostlern beträgt 10 bis 70 mg. Mit dem roten Fleisch werden die größten Mengen aufgenommen. Besonders Hammelfleisch ist carnitinreich. In 100 g Hammelfleisch sind 210 mg L-Carnitin enthalten. Bedeutend weniger ist L-Carnitin in Milch und so gut wie nicht in Getreideprodukten enthalten. Die Wahl der Nahrungsmittel hat Auswirkungen auf den körpereigenen Carnitinhaushalt. Bei Vegetariern wurde nur 1/3 der L-Carnitinkonzentration im Vergleich zu Fleischessern gemessen. Vegetarisch orientierte Ausdauersportler haben eine L Carnitinkonzentrationen im Blut, die an der unteren Grenze der Norm liegt (Fohrenbach et al., 1993). Auch Riedel (1992) beobachtete bei 12 sich vegetarisch ernährender, 4 Marathonlauferinnen signifikant erniedrigte Carnitinspiegel und gleichzeitig verminderte Lysin- und Methoininkonzentrationen (Ausgangsaminosäuren für Carnitinsynthese). Nach intensiven Langzeitausdauerbelastungen (Radrundfahrt) nimmt die Konzentration des L-Carnitins im Blut signifikant ab (Cerretelli und Marconi, 1990). Auch durch muskelbioptische Untersuchungen wurde eine L Carnitinabnahme nach Belastung bestätigt (Lennon et al., 1983). Danach gibt es physiologische Situationen, bei denen entweder durch ungenügende Aufnahme, verminderte Biosynthese oder erhöhten Verbrauch es zu einem Mangel an L-Carnitins kommt. Zusätzlich gefordert wird der L-Carnitinmangel bei Sporttreibenden durch Belastungsstress im Training, bei Infektionskrankheiten oder durch einseitige Ernahrungsformen.
4. Wirkung des L-Carnitins auf Fett-und Kohlenhydratstoffwechsel
In zahlreichen Abhandlungen zur Darstellung der Wirkungsweise des L-Carnitins wird der Einfluss auf den Fettstoffwechsel überbetont bzw. zu einseitig dargestellt. Wesentlich ist, dass die Wirkung des L-Carnitins sich auf mehrere Substrate erstreckt. Unbestritten ist die Carrierfunktion des L-Carnitins beim Transport der langkettigen Fettsauren durch die innere Mitochondrienmembran. Auf diese Weise werden Skelett-und Herzmuskel stabil und zusätzlich mit Energie aus dem Fettstoffwechsel versorgt. Die Unterstützung energetischer Prozesse durch L-Carnitin ist aber noch weitergehend: L-Carnitin unterstützt auch die Oxydation der mittelkettigen Fettsäuren.
L-Carnitin fangt überschüssiges Acetyl-CoA durch Bildung von Acetyl-L-Carnitin ab. Dadurch nimmt die Verfügbarkeit von CoA im Citratzyklus zu und der Energiedurchsatz wird erhöht. Durch die Stimulation der Aktivität der Pyruvatdehydrogenase wird der Acetyl CoA/CoA Quotient vermindert und die oxydative Glucoseverwertung kann durch das erhöht anfallende CoA zunehmen. Der höhere Umsatz der Fettsäuren führt zu einem Glycogenspareffekt. Dieser Zusammenhang wurde bioptisch bestätigt, indem eine höhere L-Carnitinkonzentration im Muskel mit größeren Glycogenreserven einherging (Cederblad et al., 1974). L-Carnitin unterstützt die Gluconeogenese aus verzweigkettigen Aminosäuren (Leucin, Isoleucin und Valin) , die bei Glucosemangel zu Pyruvat umgewandelt werden.
5. Wirkung des L-Carnitins auf Immun-und Nervensystem
Durch moderates körperliches und sportliches Training wird das Immunsystem gestärkt. Jedoch besteht bei hohen psychophysischen Belastungen die Gefahr, dass das immunologische Abwehrpotential des Organismus überfordert wird (Uhlenbruck, 1976). Von diesem Befund wurde das wissenschaftliche Interesse abgeleitet, nach Substanzen zu suchen, die einer Verbesserung der verminderten Immunkompetenz führen. Das L-Carnitin gehört zu den das Immnunsystem stützenden Substanzen. Uhlenbruck und Van Mil (1992) konnten experimentell nachweisen, dass unter Einwirkung von L-Carnitin die Phagozytosewirkung der Granulozyten ansteigt, die Lymphozytenstimulation zunimmt und die Membranstabilität der Killerzellen verändert wird. Aus diesen Befunden ist ableitbar, dass zusätzliche L-Carnitinaufnahme eine P9sitive Wirkung auf mehrere immunologische Regulationen hat. Unabhängig von den genannten Autoren beschrieben auch kanadische Forscher einen Membraneffekt des L-Carnitins, aufgrund der experimentell nachgewiesenen Inhibition von Aggregatikonsphänomenen (Siu et al., 1992). Aufgrund der Ähnlichkeit des chemischen Aufbaus und der biologischen Wirkung von Acetyl- Carnitins zu Acetylcholin wird eine neurologische Wirkung des Acetyl-Carnitins postuliert (Bowman, 1992). Daraus wird abgeleitet, dass L-Carnitin für die Behandlung von Erkrankungen des Nervensystems (Mb.Alzheimer, AIDS) neue Möglichkeiten eröffnet, die im Einzelnen noch gar nicht absehbar sind.
6. Beeinflussung der Leistungsfähigkeit durch L-Carnitin
Die Befunde bezüglich der Beeinflussung der körperlichen oder sportlichen Leistungsfähigkeit bei L-Carnitinsubstitution sind auf den ersten Blick widersprüchlich. Die unterschiedlichen Ergebnisse kommen zustande durch ungleiche Dosierung des L-Carnitins, verschiedene Anwendungszeiträume, vereinfachte Wirkungsvorstellungen, ganz unterschiedliche Methoden der Leistungsprüfung, Höhe der Trainingsbelastung und/oder Leistungszustand der Sportler. Aufmerksam wurde man auf das L-Carnitin im Leistungssport, nachdem bekannt wurde., dass die deutlichen Leistungsverbesserungen italienischer Ausdauersportler am Anfang der 80er Jahre auf der Einnahme von L-Carnitin beruhen sollten. Daraufhin wurden zahlreiche Experimentaluntersuchungen durchgeführt, mit dem Ziel nachzuweisen, ob sich bei L-Carnitinaufnahme die Leistungsfähigkeit verbessert. Von Marconi et al. (1985) wurde eine Zunahme der maximalen Sauerstoffaufnahme von 6% bei Gehern nachgewiesen, die 4g L-Carnitin pro Tag über 2 Wochen einnahmen. Soop et al.(1988) beschrieben nach Substitution von 5 g L-Carnitin über 5 Tage eine Abnahme der Herzschlagfrequenz und eine Durchblutungszunahme bei der Prüfbelastung. Die Zunahme der Leistungsfähigkeit und Verbesserung der Regenerationszeit nach Gabe von L-Carnitin wurden bei Leistungssportlern mehrfach beschrieben (Angeline et al.,1986; Cooper et al.,1986;Corbucci et al.,1984;Dragan et al. 1984,1987 u.a.). Bemerkenswert ist, dass die positive Wirkung des L-Carnitins im Sport einen bestimmten Leistungszustand der Sportler voraussetzt. Bei Untrainierten konnten Greig et al.(1987) bei Gabe von 2g L Carnitin über 2 bis 4 Wochen keine Leistungsverbesserung nachweisen. Leistungsverbesserungen in der aeroben Kapazität nach L-Carnitineinnahme teilten weiter Polescinski und Bohmer (1991) sowie Vecchiet et al.(1990) mit. In einer Doppelblindstudie bei Einnahme von 3 g L-Carnitin über 4 Wochen stiegen maximale Sauerstoffaufnahme und Belastungsdauer auf dem Ergometer signifikant an (Zapf et al., 1993).
7. L-Carnitinsupplementation bei Sporttreibenden
Durch sportliches Training kommt es zu einem erhöhten Energieverbrauch und zu einem ständigen Verlust von Mineralien, Vitaminen und anderen Wirkstoffen. Behauptungen zu der nichtnotwendigen Substitution von Wirksubstanzen bei Sporttreibenden sind unreal und von der Praxis langst Überholt. Mit der natürlichen Ernährung kann allein der Verlust von Wirkstoffen nicht ausgeglichen werden. Aus ethischen Gründen haben Sportler und sporttreibende Burger, genau wie die Patienten, das Recht, auf begründete Supplementation von Stoffen, die im Zusammenhang mit dem Training erforderlich sind. Die erhöhte Zufuhr dieser Wirkstoffe und bestimmter Nahrungsbestandteile sind kein Doping im Sinne der negativen Medikamentenliste der Medizinischen Kommmission des IOC. Der erhöhte Wirkstoffbedarf beim Sporttreiben entsteht durch die höhere Beanspruchung als im Berufsleben und dient der Unterstutzung adaptiver Prozesse. Erhöhter Umsatz, Verbrauch oder Ausscheidung bedürfen eines rechtzeitigen Ersatzes. Mit der Umstellung in der natürlichen Ernährung ist ein Ausgleich kaum noch möglich, was in der Sportpraxis langst erkannt wurde. Bereits eine wöchentliche Trainingsbelastung über 4 Stunden rechtfertigt substitutive Maßnahmen. Inzwischen ist es in den Ausdauersportarten fast normal, dass das wöchentliche Training 30 bis 40 Stunden betragt, mit einem Schweissverlust von 15 bis 35 1. Zu den erhöht benötigten Wirkstoffen im Leistungstraining gehört auch das L-Carnitin. Der erhöhte L-Carnitinbedarf im Hochleistungssport wurde von Cerretelli und Marconi (1990) bei Etappenrundfahrten belegt. Keinem Radrennfahrer würde es einfallen, den erhöhten L-Carnitinbedarf wahrend des Rennens durch Aufnahme von Schaffleisch zu kompensieren. Ein wesentliches Kettenglied zur Sicherung von Anpassungen ist die Regeneration. In diesem Zeitraum entfalten die supplementierten Stoffe ihre größte Wirkung, so auch das L-Carnitin. Allein die Verlagerung der Energiewandlung in Richtung Fettstoffwechsel entlastet den Kohlenhydrathaushalt. Dieses ist nicht nur akademisches Postulat, sondern reale Praxis. Zahlreiche Sportler, die sich Extrembelastungen verschrieben haben, betonen die Notwendigkeit der zusätzlichen Aufnahme von Vitaminen, Mineralien, Aminosäuren und auch von L-Carnitin. So äußert sich z.B. die mehrfache Weltmeisterin und Rekordhalterin im Extremtriathlon Astrid Benohr in Condition und Spiridon zur Notwendigkeit der Substitution von Wirkstoffen, ohne die sie ihre Wiederbelastbarkeit nicht sichern konnte. Demnach sind menschliche Extremleistungen nicht nur das Ergebnis des Trainings, sondern auch überlegter Substitutionsmaßnahmen, auf der Grundlage wissenschaftlicher Erkenntnisse.
8. L-Carnitinsubstitution bei Erkrankten.
Die hauptsächlichste Zielgruppe der L-Carnitinmedikation bei Patienten sind die sekundären L-Carnitinmangelzustände infolge gesundheitlicher Störungen oder manifesten Erkrankungen. Neben diesen eindeutigen Mangelzuständen gibt es eine Anzahl von Defekten im Carnitinstoffwechsel auf enzymatischer Ebene. Das betrifft Enzyme im Fettstoffwechsel, im Zitronensäurezyklus und der oxydativen Endoxydation (Cytochrom- C ). Durch die ungenügende I Einschleusung von Carnitin in die Muskulatur (Mitochondrien) entstehen die, klinischen Symptome der Myopathie. Bei Erkrankungen wird eine Dosierung von 0,5 bis 5,0 g L-Carnitin pro Tag angewandt (Borum, 1983iKendler, 1986iDi Donato et al., 1984iGilbert, 1984iAsbrook, 1986). Häufige Mangelzustände an L-Carnitin treten bei den Dialysepatienten auf sowie bei Patienten mit Leberzirrhose, Unterernährung (Alkoholismus) oder Drogenmissbrauch. Eine neue Gruppe von Patienten mit Carnitinmangel sind die HIV-Infizierten. Sirnone et al.(1992) fanden bei 72% der AIDS-Patienten einen deutlich verminderten Spiegel des Gesamtcarnitins und freien L-Carnitins. Unklar ist noch, ob der Carnitinmangel direkt mit der Viruserkrankung zusammenhängt oder eine Folge der Medikation ist. Die Symptome des chronischen Ermüdungssyndroms sind ähnlich dem Carnitinmangel und zeichnen sich durch Müdigkeit, muskulärer Belastungsintoleranz, Kardiornyopathie und Muskelschmerz aus. Bei den Virusinfektionen oder bakteriellen Erkrankungen wird häufig ein Mangel an verfügbaren L-Carnitin beobachtet. Die zentrale Stellung des L-Carnitins im Fettstoffwechsel bedingt, dass das L-Carnitin zunehmend zur Unterstützung der Behandlung zahlreicher Herzerkrankungen und perspektivisch vielleicht zur Prävention dieser mit eingesetzt wird. Grundlegende Erkenntnisse hierzu wurden aus Tierversuchen gewonnen. Erste Übertragungen der Ergebnisse auf Patienten sind ermutigend.
Ohne auf die Vielzahl der Arbeiten zu dieser Problematik einzugehen, scheint es gerechtfertigt, das L-Carnitin zur Mitbehandlung folgender Herzerkrankungen einzusetzen:
Protektion der Koronaren Herzkrankheit,
Behandlung der Arrhythmie,
Verminderung kardialer Fibrillatioen,
Verminderung der Kardiornegalie,
Eingrenzung des Gewebszerfalls bei Herzinfarkt,
Abschwächung der Attacken bei Angina pectoris,
Verminderung des Nitranginbedarfs bei Durchblutungsstörung,
Gefäßerweiterung u.a.
Die Belastungszeit der Herz-und Kreislaufpatienten erhöht sich unter L-Carnitintherapie. Die durchschnittliche L-Carnitindosierung wird bei Patienten mit 1 bis 2 g/Tag angegeben (Zusammenfassung bei Leibovitz, 1993). In der Behandlung der Alterdernenz (Mb.Alzheimer) hat sich die Gabe von 2 g L-Carnitin täglich als wirksam erwiesen (Bowman, 1991). Das Einsatzfeld van L-Carnitin ist in der zusätzlichen Behandlung von zahlreichen Erkrankungen noch nicht voll erschlossen. Besonders in der Prävention von ischarnischen Herzerkrankungen bietet das L-Carnitin nach Ansicht von Klinikern neue Behandlungsansatze.
9. Zusammenfassung
1. Das L-Carnitin ist ein natürlicher Bestandteil der Herz-und Skelettmuskulatur des Menschen. Für den Erhalt der muskulären Leistungsfähigkeit muss das L-Carnitin neben der ständigen exogenen Zufuhr vom Organismus selbst gebildet werden.
2. Das L-Carnitin ist nicht toxisch und bewirkt bei seiner zusätzlichen Aufnahme keine Abhängigkeit. Als physiologischer und körpereigener Wirkstoff ist L-Carnitin bei Zufuhr kein Dopingmittel.
3. Bei hoher psychophysischer Belastung oder bei Erkrankungen gibt es Situationen, die zu einem erhöhten L-Carnitinbedarf führen.
4. Die Dosierungen der L-Carnitinaufnahme bei Sporttreibenden betragen 1 bis 2 g/Tag über bestimmte Zeitraume. Selbst Mengen von 4 g/Tag werden problemlos vertragen. Auch bei Patienten betragt die wirksame Dosis im Durchschnitt 1 bis 2 g/Tag über längere Zeitraume. Die L-Carnitinsubstitution kann problemlos abgesetzt werden.
5. Das L-Carnitin hat ein breites Wirkungsspektrum, welches den "Gegnern" der zusätzlichen Aufnahme suspekt erscheint. Eindeutig nachgewiesen ist die Beschleunigung des aeroben und anaeroben Energiedurchsatzes, die Carrierfunktion im Fettstoffwechsel, die Stabilisierungsfunktion auf Zellmembranen und Unterstutzung immunologischer Regulationen. Damit greift das L-Carnitin in elementare Prozesse zur Sicherung der Gesundheit ein.
6. Dem L-Carnitin eine direkte Wirkung zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit zuzuschreiben, ist eine grobe Vereinfachung komplizierterer Sachverhalte. Kein physiologischer Wirkstoff kann allein, auch in hohen Dosierungen zugeführt, die sportlichen Leistungen verbessern helfen. Hierzu bedarf es des Trainings. Jedoch kann die Aufnahme von bestimmten Wirkstoffen, hierzu ist auch das L-Carnitin zu rechnen, die Belastbarkeit und rasche Wiederbelastbarkeit sichern. Damit erfüllt es seine Aufgabe als Substanz zur Unterstutzung von Grundlagen für höhere Leistungsfähigkeit.
7. Hochbelastete Athleten haben durch zusätzliche Aufnahme von L-Carnitin Vorteile in der Beanspruchungsbewältigung und in der Regeneration.
8. Die zusätzliche L-Carnitinaufnahme ist besonders bei leistungssporttreibenden Vegetariern von Vorteil.
9. In der Therapie bestimmter Gesundheitsstörungen oder Erkrankungen ist L-Carnitinaufnahme nützlich. Insbesondere sind es Fettstoffwechselstörungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
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