Carnitina: Cos’è e a Cosa Serve di R.Borgacci

Cos’è

Cos'è la carnitina?

La L-Carnitina è un derivato aminoacidico sintetizzato nell'organismo umano, prevalentemente a livello epatico e renale. Detta più semplicemente carnitina, viene prodotta a partire da due aminoacidi - la Lisina e la Metionina - in presenza di Niacina, Vitamina B6, Vitamina C e Ferro.

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(fonte: Redazione)

L'attività più nota della carnitina è il suo ruolo come trasportatore di acidi grassi a lunga catena nella matrice mitocondriale, sede nella quale gli acidi grassi vengono convertiti in energia tramite il processo di Beta-Ossidazione. La L-Carnitina è utilizzata come integratore nutrizionale sia in ambito clinico che sportivo.

Sintesi

Sintesi endogena di carnitina

L'organismo, in assenza di alterazione genetiche o patologie, è perfettamente in grado di produrre carnitina. Gli esseri umani producono 1,2 μmol / die / kg di peso corporeo della propria carnitina totale, che nel complesso corrisponde al 25 %.

La sintesi endogena avviene a partire dal substrato TML (6-N-trimetillisina), che a sua volta deriva dalla metilazione dell'amminoacido lisina. La TML viene quindi idrossilata in idrossitmetililina (HTML) mediante trimossillismina diossigenasi, che richiede la presenza di acido ascorbico e ferro. L'HTML viene quindi scisso dall'aldolasi HTML (un fosfato piridossale che richiede l'enzima), producendo 4-trimetilamminobutirraldeide (TMABA) e glicina. Il TMABA è successivamente deidrogenato in gamma-butirrobetaina in una reazione NAD+ dipendente, catalizzata dalla TMABA deidrogenasi. La gamma-butirrobetaina viene poi idrossilata dalla gamma butirrobetaina idrossilasi (un enzima legante di) in L-carnitina, che richiede ferro sotto forma di Fe2 +.

Concentrazione degli enzimi biosintetici di carnitina

Rebouche ed Engel studiarono la distribuzione tissutale negli esseri umani degli enzimi biosintetici di carnitina. Hanno scoperto che:

  • In fegato, cuore, muscoli, cervello e reni si notano concentrazioni maggiori di TMLD attiva
  • Nel fegato l'attività dell'HTMLA è superiore
  • Nel fegato e nei reni il tasso di ossidazione del TMABA è maggiore; nel cervello, nel cuore e nei muscoli il tasso di ossidazione del TMABA è invece moderato.

Questi risultati indicano che tutti i tessuti studiati hanno la capacità di convertire il TML in butirrobetaina attraverso il contenimento degli enzimi necessari ma, eccezion fatta per reni, fegato e cervello, non tutti possono convertire la butirrobina in carnitina.

Fisiologia

Shuttle carnitina: attivazione e trasporto di acidi grassi nei mitocondri

Gli acidi grassi liberi circolanti, rilasciati dal tessuto adiposo nel sangue, si legano all'albumina sierica (molecola di trasporto) che li trasporta fino al citoplasma delle cellule bersaglio (cuore, muscolo scheletrico e altre cellule tissutali) dove vengono usati come substrato energetico. Per accedere alla matrice mitocondriale, gli acidi grassi di lunghezza pari o superiore a 14 atomi di carbonio, per la β (beta) ossidazione e la produzione di ATP, devono essere attivati e successivamente trasportati mediante tre reazioni enzimatiche dello shuttle della carnitina.

La prima reazione dello shuttle della carnitina è un processo composto da due fasi, catalizzato da una famiglia di isoenzimi dell'acil-CoA sintetasi che si trovano nella membrana mitocondriale esterna, dove promuovono l'attivazione degli acidi grassi formando un legame tioestere tra il gruppo carbossilico dell'acido grasso e il gruppo tiolico del coenzima A per produrre un grasso acil-CoA.

Prima fase della reazione

Nella prima fase della reazione, l'acil-CoA sintetasi catalizza il trasferimento del gruppo di adenosina monofosfato (AMP) da una molecola di ATP sull'acido grasso generando un intermedio grasso acil-adenilato e un gruppo pirofosfato (PPi). Il pirofosfato, formato dall'idrolisi dei due legami ad alta energia nell'ATP, viene immediatamente idrolizzato a due molecole di Pi mediante la pirofosfatasi inorganica. Questa reazione è altamente exergonica (un processo exergonico è quello in cui vi è un flusso positivo di energia dal sistema all'ambiente circostante) che spinge in avanti la reazione di attivazione e la ottimizza. Nella seconda fase, il gruppo tiolico di un coenzima citosolico A attacca l'acil-adenilato, spostando l'AMP per formare l'acil-CoA grasso tioestere.

Seconda fase della reazione

Nella seconda reazione, gli acidi grassi attivati che sono destinati all'ossidazione mitocondriale vengono trasportati nella matrice da una proteina carrier, ma prima l'acil-CoA deve essere transitoriamente attaccato al gruppo ossidrile di carnitina per formare l'acil-carnitina grasso. Questa transesterificazione è catalizzata da un enzima sulla membrana esterna dei mitocondri noto come carnitina aciltransferasi 1 (detta anche carnitina palmitoiltransferasi 1, CPT1).

L'estere grasso acil-carnitina formatosi si diffonde poi attraverso lo spazio intermembrana dei mitocondri ed entra nella matrice mediante trasporto passivo attraverso il cotrasportatore acil-carnitina / carnitina che si trova nella membrana mitocondriale interna. Questo cotrasportatore restituisce una molecola di carnitina dalla matrice allo spazio intermembrana mentre una molecola di acil-carnitina grasso si sposta nella matrice.

Terza fase della reazione

Nella terza e ultima reazione, il gruppo acile grasso viene trasferito dalla acil-carnitina grasso - nella matrice - al coenzima intramitocondriale A-Acido-CoA grasso rigenerante, lasciando una molecola di carnitina libera. Questa reazione è catalizzata dalla carnitina aciltransferasi 2 (anche chiamata CPT2), che viene posizionata sulla faccia interna della membrana mitocondriale. La molecola di carnitina viene quindi trasportata indietro nello spazio intermembranico dallo stesso cotrasportatore mentre l'acil-CoA grasso viene ossidato e utilizzato per la produzione di ATP.

Regolazione della β ossidazione degli acidi grassi

Il processo di ingresso mediato dalla carnitina è un fattore limitante, in termini di velocità, per l'ossidazione degli acidi grassi, ed è un importante punto di regolazione.

Inibizione

In caso di iperglicemia e scorte di glicogeno sature, il fegato inizia la liposintesi producendo acidi grassi e trigliceridi a partire dal glucosio in eccesso. Ciò aumenta la concentrazione di malonil-CoA, il primo intermedio nella sintesi degli acidi grassi, portando all'inibizione della carnitina aciltransferasi 1, impedendo così l'ingresso di acidi grassi nella matrice mitocondriale per la β ossidazione. Questa inibizione impedisce il consumo degli acidi grassi durante la loro sintesi.

Attivazione

L'attivazione della carnitina si verifica a causa della necessità di ossidare gli acidi grassi indispensabili per la produzione di energia. Durante un impegno motorio e durante il digiuno, diminuiscono le concentrazioni di ATP e aumentano le concentrazioni di ADP e AMP, che portano all'attivazione della protein chinasi, a sua volta attivata dalla AMP (AMPK). La fosforilazione di AMPK acetil-CoA carbossilasi catalizza la sintesi di malonil-CoA. Questa fosforilazione inibisce la carbossilasi acetil-CoA che a sua volta riduce la concentrazione di malonil-CoA e di conseguenza allevia l'inibizione del trasporto lipidico di acil-carnitina nei mitocondri, consentendo in tal modo alla β ossidazione di reintegrare l'apporto di ATP.

Fattori di trascrizione

Il recettore alfa attivato dal proliferatore del perossisoma (PPARα) è di tipo nucleare, che funziona come un fattore di trascrizione. Agisce nel muscolo, nel tessuto adiposo e nel fegato per attivare un insieme di geni essenziali per l'ossidazione degli acidi grassi, compresi i trasportatori di acidi grassi carnitina aciltransferasi 1 e 2, l'acido grasso acil-CoA deidrogenasi per le catene aciliche brevi, medie, lunghe, molto lunghe, e relativi enzimi.

Il PPARα funziona come un fattore di trascrizione in due situazioni:

  • Quando c'è una maggiore richiesta di energia dal catabolismo lipidico, ad esempio durante il digiuno
  • Nel cuore, durante la transizione dal metabolismo fetale a quello neonatale. Nel feto, le fonti di carburante nel muscolo cardiaco sono glucosio e lattato ma, nel cuore neonatale, gli acidi grassi sono il principale combustibile, che tuttavia richiedono l'attivazione del PPARα che è in grado di attivare i geni essenziali al metabolismo degli acidi grassi in questa fase.

Patologia

Difetti metabolici dell'ossidazione degli acidi grassi

Sono stati riconosciuti oltre 20 difetti genetici umani che interessano il trasporto o l'ossidazione degli acidi grassi. In caso di difetti dell'ossidazione degli acidi grassi, l'acil-carnitina si accumula nei mitocondri e viene trasferita nel citosol e poi nel sangue. A scopo preventivo, livelli plasmatici di acil-carnitina nei neonati possono essere rilevati in un piccolo campione di sangue mediante spettrometria di massa tandem.

Quando la β ossidazione è difettosa a causa della mutazione o della carenza di carnitina, nei mammiferi, la ω (omega) ossidazione diventa più importante. In realtà, la ω ossidazione degli acidi grassi è un'altra via per la degradazione degli acidi grassi tipica di alcune specie di vertebrati e mammiferi, che si verifica nel reticolo endoplasmatico del fegato e dei reni. Trattasi dell'ossidazione del carbonio ω (omega), ovvero quello più lontano dal gruppo carbossilico, contrariamente alla β ossidazione, che avviene all'estremità carbossilica dell'acido grasso, nei mitocondri.

A Cosa Serve

A cosa serve la carnitina?

La L-Carnitina è un derivato aminoacidico, utilizzato oramai da diversi anni come integratore nutrizionale. In virtù del suo ruolo biologico, fondamentale nel:

  • Facilitare l'ingresso degli acidi grassi a lunga catena all'interno dei mitocondri, dove vengono ossidati per produrre energia (dal punto di vista biochimico la Carnitina svolge le proprie funzioni partecipando ad un complesso meccanismo chiamato carnitina acil-CoA transferasi)
  • Mantenere costante il rapporto AcetilCoA/CoA all'interno delle cellule
    • ottimizzando la conversione del piruvato e del lattato ad AcetilCoA
    • ed espletando contestualmente una indiretta azione antiossidante, soprattutto nei confronti di cellule ad alto metabolismo, come quelle cardiache e muscolari

la L-Carnitina è stata impiegata in vari ambiti. Attualmente l'integrazione con L-Carnitina è suggerita in ambito cardiologico (ad es Carnitene®)

  • per la sua proprietà cardio e vasoprotettiva
  • per la capacità di contribuire al miglioramento del quadro lipidemico, garantendo una riduzione delle concentrazioni ematiche di trigliceridi ed un aumento di quelle di colesterolo HDL.

La supplementazione con L-Carnitina risulterebbe fondamentale anche nei pazienti con deficit primario e secondario di Carnitina, oltre che nei pazienti affetti da patologie neurodegenerative (migliore in quest'ultimo caso risulterebbe l'uso di Acetil-L-Carnitina).

Nonostante le scarse evidenze in materia, la supplementazione con L-Carnitina è suggerita anche in ambito sportivo per potenziare le capacità energetiche oltre che per migliorare la performance atletica e la composizione corporea.

Fonti Alimentari

Carnitina negli alimenti

La carnitina è contenuta soprattutto negli alimenti di origine animale come la carne ed i prodotti caseari. Anche l'avocado ed il Tempeh (semi di soia fermentati) sono buone fonti di Carnitina.

Alimento Milligrammi di carnitina (mg)
Bistecca di manzo 113 g 56-162
Macinato cotto 113 g 87-97
Latte intero 240 ml 8
Merluzzo cotto 113 g 4-7
Petto di pollo cotto 113 g 3-5
Gelato 120 g 3,0
Formaggio 57 g 2,00
Pane 57 g 0,2
Asparagi cotti 120 g 0,1

L'assorbimento della carnitina avviene quasi totalmente nell'intestino tenue. Una persona media introduce circa 60-180 mg di carnitina / die (2-12 μmol di carnitina / die / kg di peso corporeo, il 75 % della carnitina globale). I vegani ne introducono 10-12 mg / die (0,1 μmol / die / kg di peso corporeo), pertanto il 90 % della carnitina totale è di origine endogena.

La differenza di livelli plasmatici di carnitina tra umani onnivori e vegetariani rigorosi non è probabilmente di alcun significato clinico. Infatti, le diete povere di carnitina hanno scarso effetto sul contenuto totale di carnitina nel corpo, poiché i reni conservano la carnitina in modo molto efficiente.

Carenza

Carenza di carnitina

Data la prevalenza nei prodotti animali - e considerando che questo amminoacido viene sintetizzato a partire da altri due aminoacidi essenziali (non sintetizzabili dall'organismo a velocità sufficiente per soddisfare le richieste metaboliche) - le persone che seguono una dieta vegana potrebbero manifestare deficit di carnitina. Più controllata, invece, risulterebbe l'assunzione di carnitina nei vegetariani, nei quali si è osservata una riduzione del 10% delle concentrazioni plasmatiche di questo aminoacido rispetto alla popolazione onnivora.

Proprietà ed Efficacia

Quali benefici ha dimostrato la L-Carnitina nel corso degli studi?

I numerosi anni di sperimentazione, per lo più condotti su animali da laboratorio, hanno consentito di chiarire adeguatamente il ruolo biologico e le potenziali applicazioni cliniche ed integrative della L-Carnitina. Nonostante ciò, rimangono ancora molte perplessità relative all'uso della L-Carnitina in certi ambiti, come quello sportivo, nel quale i massimi esperti sono ancora al lavoro per ottenere dei dati riproducibili.

L-carnitina e funzione cardiovascolare

Particolarmente interessanti sarebbero i risultati derivanti da diversi studi, relativi all'efficacia dell'integrazione con L-carnitina nel mantenimento dell'adeguato stato di salute cardiovascolare.

Miglioramenti significativi si sarebbero osservati in pazienti affetti da claudicatio itermittens (zoppia intermittente), dislipidemie con aumentato rischio aterosclerotico e patologie vascolari periferiche.

Oltre all'opportuno adeguamento dei valori clinici e laboratoristici, in questi pazienti si sarebbe osservato anche un netto miglioramento della qualità di vita.

L-carnitina e deficit sistemico di carnitina

Il deficit sistemico di carnitina è una rara sindrome genetica autosomica recessiva, caratterizzata da un quadro clinico grave e progressivo contraddistinto da cardiomiopatia, miopatia scheletrica, ipoglicemia ed iperammonemia. In questo contesto, l'uso di L-Carnitina, a dosaggi farmacologici, pertanto di stretta pertinenza medica, si sarebbe rivelato utilissimo nel controllare la progressione della malattia e nel migliorare lo stato di salute complessivo del paziente affetto.

L-carnitina e sport

È noto come l'esercizio fisico di natura aerobica determini un graduale incremento delle concentrazioni ematiche di acidi grassi, probabilmente per una saturazione dei mezzi di trasporto mitocondriale degli stessi (tra i quali rientra il sistema a cui partecipa la Carnitina).

Nonostante la fortissima base razionale, che giustificherebbe il ruolo ergogenico e migliorativo della L-Carnitina nei confronti della performance atletica, e una mole di studi a riguardo molto ampia, l'efficacia della supplementazione con L-Carnitina in ambito sportivo non è ancora stata del tutto provata. Alcuni lavori bibliografici mostrano, infatti, come:

  • Non si siano osservati effetti ergogenici con supplementazione di L-Carnitina (2g per 7 giorni) durante ripetuti cicli di esercizi anaerobici ad alta intensità, nonostante gli elevati livelli serici di carnitina (Int J Sports Med 1994; 15:181-5).
  • Non si sia osservato un miglioramento della performance e delle capacità di recupero in maratoneti (Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1996;73:434-9)
  • Non si siano osservati di effetti ergogenici, di elevamento della VO2 massima e di miglioramenti della performance (Am J Clin Nutr. 2000; 72:618S-623S).

A tali studi tuttavia se ne contrappongono altri, in netta minoranza, secondo i quali la supplementazione con L-Carnitina apporterebbe benefici durante l'allenamento, la competizione e nel recupero da esercizi estremi (Nutrition 2004; 20:709-15).

L-carnitina e sovrappeso

Proprio in virtù del ruolo di trasportatore mitocondriale di acidi grassi a lunga catena, alla Carnitina sono state da sempre attribuite attività lipolitiche, potenzialmente utili nella lotta all'obesità.

Numerosissimi studi, sia di natura sperimentale che clinica, hanno tuttavia sottolineato l'incapacità della supplementazione con L-Carnitina di indurre un miglioramento apprezzabile e statisticamente significativo della composizione corporea ed in particolare una riduzione della massa grassa.

Dosi e Modo d'Uso

Come usare la L-Carnitina

Sebbene non esista un livello di assunzione standard raccomandato, il dosaggio medio di Carnitina varia dai 500 ai 2000 mg al giorno, preferibilmente suddivisi in più assunzioni.

In particolari condizioni patologiche (ischemia cardiaca e altri problemi cardiocircolatori), sotto stretto controllo medico, tale dosaggio può arrivare ai 15000 mg (6-15 g di Carnitina al giorno).

Effetti Collaterali

Effetti collaterali dell'uso di carnitina

L'uso di L-Carnitina, soprattutto se effettuato a dosaggi elevati, potrebbe determinare la comparsa di nausea, vomito, crampi addominali e diarrea. In alcune categorie di pazienti a rischio, l'uso di L-Carnitina, seppur raramente, potrebbe aumentare la frequenza e la severità di alcuni sintomi psichiatrici, tra i quali ad esempio il senso di agitazione e i disturbi del comportamento.

Controindicazioni

Quando non dev'essere usata la L-Carnitina?

L'uso di L-Carnitina è controindicato nei pazienti affetti da ipersensibilità accertata al principio attivo.

Nonostante la presenza di alcuni studi sperimentali, condotti su piccole cavie da laboratorio, l'assenza di trial clinici adeguati estende le suddette controindicazioni all'uso di L-Carnitina anche alla gravidanza e al successivo periodo di allattamento al seno; eccezion fatta per particolari condizioni patologiche di stretta competenza medico-specialistica.

Interazioni Farmacologiche

Quali farmaci o alimenti possono modificare l'effetto della L-Carnitina?

L'uso concomitante di analoghi della didanosina, zalcitabina, stavudina, di acido valproico, oltre che di alcuni antibiotici, potrebbe compromettere le normali proprietà farmacocinetiche e farmacodinamiche della L-Carnitina. Stati carenziali clinicamente rilevanti di Vitamina C potrebbero inoltre contribuire all'insorgenza di un deficit secondario di L-Carnitina.

Precauzioni

Cosa serve sapere prima di prendere -L-Carnitina?

L'uso di L-carnitina dovrebbe essere strettamente supervisionato dal medico in caso di contestuale presenza di patologie cardiovascolari, patologie neurologiche, patologie psichiatriche e terapie farmacologiche.

Riccardo Borgacci

L'autore

Riccardo Borgacci

Laureato in Scienze motorie e in Dietistica, esercita in libera professione attività di tipo ambulatoriale come dietista e personal trainer


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Ultima modifica dell'articolo: 17/05/2019