MASARYKOVA UNIVERZITA LÉKAŘSKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

MASARYKOVA UNIVERZITA LÉKAŘSKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Brno 2014 Markéta Fialová

MASARYKOVA UNIVERZITA LÉKAŘSKÁ FAKULTA L - karnitin BAKALÁŘSKÁ PRÁCE v oboru Nutriční terapeut Autor: Markéta Fialová Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Tomáš Pruša Brno 2014

Jméno a příjmení autora: Markéta Fialová Studijní obor: Nutriční terapeut, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita Název bakalářské práce: L-karnitin Vedoucí bakalářské práce: Mgr. Tomáš Pruša Rok obhajoby: 2014 Počet příloh: 3 Anotace L-karnitin je látka tělu vlastní, která má nezastupitelnou roli v katabolické dráze, zajišťující substráty pro β-oxidaci a tím zdroj energie. Díky nepostradatelné úloze této látky, se vyuţívá ve zdravotnictví při substituční léčbě. V současné době je L-karnitin také součástí doplňků stravy především ve sportu. První část teoretické práce je věnována popisu L-karnitinu, jeho syntéze, vlivu na metabolismus a důsledkům jeho nedostatku. Druhá část teoretické práce se věnuje vyuţití L-karnitinu ve sportu, zejména jeho vlivu na trénink, výkonnost a zdatnost, spolu s popisem fyziologických parametrů, které diagnostikují tělesný stav a kondici. V praktické části byl zkoumán význam uţívání L-karnitinu na výkonnost a fyzickou aktivitu u středně trénovaných muţů, kteří byly rozděleni do dvou skupin, pokusné a kontrolní. Oběma skupinám bylo provedeno ergospirometrické a bioimpedanční měření před započetím pokusu a po něm. Dle fyziologických parametrů a následného dotazníkového zjištění, byl porovnáván rozdíl mezi prvním a druhým měřením u obou skupin. Výsledky praktické části, v souladu se zahraničními a rozsáhlejšími studiemi, nepotvrzují pozitivní účinek na zvýšení výkonnosti a fyzickou aktivitu po perorální konzumaci. Klíčová slova: L-karnitin, nedostatek karnitinu, β-oxidace, doplňky stravy, svalová práce, ergospirometrie, metabolismus, fyziologické parametry, trénink

Name of author: Markéta Fialová Department of study : Nutriční terapeut, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita Title: L-carnitine Supervisor: Mgr. Tomáš Pruša Year: 2014 Number of attachments: 3 Annotation L-carnitine is a natural body substance that has an irreplaceable role in the catabolic pathway, providing substrates for β-oxidation and the source of power. Thanks to the indispensable role of this substance, it is used in health care, often in substitution treatment. L-carnitin is currently used as a dietary supplement especially at sport. The first part of theoretical section of the thesis describes L-carnitine, its synthesis, effect on metabolism and lack of carnitine. The second part of theoretical section is focused on use of L-carnitine in sport, especially its effect on training and physical performance, along with a description of the physiological parameters that identify physical condition. The practical part has been studied the significance of using L-carnitine on the performance and physical activity at avarage trained men, who were divided into two groups: the experimental and control. Ergospirometric and bioimpedance measurements were performed on members of both groups before and after the experiment. According to the physiological parameters and a subsequent questionnaire findings were compared the difference between the first and second measurements in both groups. The results of practical part, in accordance with international and more extensive studies confirm the negative effect on the performance and physical activity after oral consumption. Key words: : L-carnitine, carnitine deficiency, β-oxidation, suplement, muscular aktivity, ergospirometry, metabolism, physiological parametries, training

Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma L-karnitin vypracovala samostatně pod vedením Mgr. Tomáše Pruši a uvedla v seznamu literatury všechny pouţité literární a odborné zdroje. Souhlasím, aby práce byla půjčována ke studijním účelům a byla citována dle platných norem. V Brně dne Markéta Fialová

Poděkování Tímto děkuji především panu Mgr. Tomáši Prušovi za odborné vedení, cenné rady a čas při vypracování této bakalářské práce a rovněţ za pomoc při zpracování dat. Dále děkuji pracovníkům Fyziologického ústavu LF MU za vyuţití pracoviště pro realizaci praktické části. Rovněţ děkuji všem, kteří se aktivně podíleli na realizaci praktické části.

Obsah 1. Úvod... 9 2. Fyzikálně chemické vlastnosti... 10 3. Fyziologické funkce... 12 3.1 PŘENOS MASTNÝCH KYSELIN S DLOUHÝM ŘETĚZCEM DO MITOCHONDRIÍ... 13 3.2 OXIDACE MASTNÝCH KYSELIN V PEROXISOMECH... 14 3.3 VYROVNÁVÁNÍ POMĚRU ACETYL COA/COA V MITOCHONDRIÍCH... 15 3.4 ODSTRAŇOVÁNÍ TOXICKÝCH LÁTEK A ACYLOVÝCH SKUPIN... 16 3.5 VLIV NA DALŠÍ METABOLICKÉ POCHODY... 16 3.6 VÝSKYT KARNITINU V TĚLE... 16 4. Metabolismus... 18 4.1 SYNTÉZA KARNITINU... 19 4.2 ABSORBCE A ELIMINACE KARNITINU... 20 4.3 KARNITINOVÝ CYKLUS... 21 4.4 BETA OXIDACE MASTNÝCH KYSELIN... 22 4.5 NEDOSTATEK KARNITINU... 25 4.6 KARNITIN A PYRUVÁTDEHYDROGENÁZOVÝ KOMPLEX (PDC)... 26 4.7 KARNITIN A METABOLISMUS SVALU... 27 5. Zdravotní účinky karnitinu... 30 5.1 KARNITIN A VROZENÉ METABOLICKÉ PORUCHY... 30 5.2 KARNITIN A DIABETES MELLITUS... 31 5.3 KARNITIN A HEMODIALYZOVANÍ PACIENTI... 32 5.4 KARNITIN V KARDIOLOGII... 33 5.5 KARNITIN V HEPATOLOGII... 34 6. Doplňky stravy a potraviny pro zvláštní výţivu... 35 7. Sportovní výkon... 36 7.1 TĚLESNÁ ZDATNOST A VÝKONNOST... 36 7.2 TRÉNINK A JEHO TYPY... 36 7.2.1 Vytrvalostní trénink... 37 7.2.2 Silový trénink... 37 7.2.3 Trénink na zvýšení rychlosti... 38 7.2.4 Trénink koordinačních schopností a flexibility... 39 8. Karnitin a sport... 40 8.1 NÍZKÁ INTENZITA CVIČENÍ... 40 8.2 VYSOKÁ INTENZITA CVIČENÍ... 40 8.3 AEROBNÍ PRÁH... 41 8.4 ANAEROBNÍ PRÁH... 41 8.5 PRŮBĚH FYZICKÉ AKTIVITY... 41 8.5.1 Iniciální fáze aktivity... 41 8.5.2 Zátěţová fáze aktivity... 42 8.5.3 Zotavovací fáze aktivity... 43 9. Hodnocení výkonnosti dle fyziologických parametrů... 44 9.1.1 VO 2 a VCO 2... 44 9.1.2 Respirační kvocient (RQ)... 44 9.1.3 Ventilační ekvivalent pro O 2 (EQO 2 )... 45 9.1.4 Dechový objem (VT) a minutový dechový objem (VE)... 45 9.1.5 Ventilační anaerobní práh (AT)... 46 9.1.6 Tepový kyslík (TepO 2 )... 46

9.1.7 Bioimpedanční a antropometrické hodnoty... 46 9.1.8 EKG parametry... 47 9.1.8.1 Srdeční frekvence (SF)... 47 9.1.8.2 Index W 170 a PWC 150/170... 47 9.1.8.3 Krevní tlak (TK)... 48 10. Praktická část... 49 10.1 ÚVOD... 49 10.2 CÍL... 49 10.3 VYŠETŘOVANÉ OSOBY A METODIKA... 49 10.3.1 Ergospirometrické měření... 50 10.3.2 Bioimpedanční měření... 51 10.3.3 Dotazník... 51 10.4 VÝSLEDKY... 52 10.4.1 Výsledky dotazníku... 53 11. Diskuze... 55 12. Závěr... 58 13. Pouţité zdroje... 59 14. Seznam obrázků... 64 15. Seznam tabulek... 64 16. Seznam grafů... 64 17. Přílohy... 65

Použité zkratky Acetyl-CoA Acyl-CoA ATP β-oxidace BTPS CAT CACT CK CoA CPT 1 CPT 2 DTK FAD FADH 2 GABA MK NAD + acetyl-koenzym A acyl-koenzym A Adenosintrifosfát beta-oxidace faktor zohledňující aktuální atmosférické podmínky karnitin acetyltransferáza karnitin-acylkarnitin translokáza kreatinkináza koenzym A karnitin palmitoyltransferaza I karnitin plmitoyltransferaza II diastolický krevní tlak flavin-adenin-dinukleotid v oxidované formě flavin-adenin.dinukleotid v redukované formě gama-amino-máselná kyselina mastné kyseliny nikotinamid-adenin-dinukleotid v oxidované formě OCT1 transporper organických kationtů 1 OCT2 transporter organických kationtů 2 OCT3 transporter organických kationtů 3 PDC STK pyruvatdehydrogenázový komplex systolický krevní tlak

1. Úvod Karnitin je látka tělu vlastní, která byla objevena počátkem dvacátého století (1905) dvěma skupinami vědců nezávisle na sobě (Gulewitsch a Krimberg, Kutscher) (Harris et al. 1957), jako molekula v savčí tkáni, konkrétně v kosterním svalstvu. Zajišťuje přenos mastných kyselin s dlouhým řetězcem z cytosolu přes vnitřní mitochondriální membránu, reguluje poměr acylcoa/coa v mitochondriích především během svalové činnosti, eliminuje toxické acylderiváty z mitochondrií a zajišťuje oxidaci mastných kyselin v peroxisomech jako transportér mastných kyselin. Jelikoţ L-karnitin má významnou úlohu v katabolické dráze, která zajišťuje substráty pro β-oxidaci a tak zajišťuje zisk energie, je zvaţován jeho účinek při fyzické aktivitě, zvláště pak ve sportu. Důvodem je také vliv trénovanosti jedince na obsah svalového L-karnitinu a jeho vyuţití, coţ je vyuţíváno v propagaci L-karnitinu v doplňcích stravy. U trénovaných vytrvalostních sportovců, kteří dokáţí účinně utilizovat lipidové zdroje, je zdůrazňováno vyrovnávání hladiny poměru acetyl-coa/coa, aktivace pyruvátdehydrogenázového komplexu, šetření svalového glykogenu a sníţení vyčerpání svalu. U jedinců trénujících na zvýšení rychlosti, flexibility a koordinačních schopností při krátkodobé a intenzivní práci, sniţuje nadměrnou tvorbu laktátu v pracujícím svalu vlivem aktivace pyruvátdehydrogenázového komplexu. 9

2. Fyzikálně chemické vlastnosti Karnitin, neboli 3-hydroxy-4-N-trimetyl-amino-butarová kyselina je nepostradatelnou součástí našeho těla. Jde o nízkomolekulární látku odvozenou od kyseliny β-hydroxy-γ-aminobutarové kyseliny, která patří mezi nekódované aminokyseliny (Buchtová 2014; Cibulka 2005). Najdeme ji pod CAS číslem 541-15-1. Můţeme jí popsat jako látku tělu vlastní, kterou si tělo dokáţe samo endogenně syntetizovat. Chemická struktura karnitinu byla popsána v roce 1927 (Tomita a Senju). Karnitin je malá molekula o molární hmotnosti 161,2 g/mol. Je to látka ve vodě rozpustná, s lipofilní povahou, vyskytující se ve dvou isomerních formách L a D díky třetímu uhlíku ve své struktuře, který je asymetrický. Karnitin proto vykazuje optickou aktivitu. Pouze forma L-karnitinu je biologicky aktivní. D-karnitin je nejen neúčinný, ale působí dokonce toxicky, neboť kompetitivně inhibuje transportní systémy pro L-karnitin, čímţ můţe způsobovat jeho nedostatek v buňkách (Vernez 2005; Buchtová 2014). Atom dusíku v molekule karnitinu má kvarterní povahu. Poskytuje čtyři vazby, jedná se tedy o sloučeninu s kvarterním aminem s kladným nábojem. Bod tání této molekuly se nachází v rozmezí mezi 197-212 C. Teplota, při které by se měl L-karnitin uchovávat se pohybuje mezi 2-8 C (Cibulka 2005; Velíšek 2009; Prokorátová et al. 2005). 10

Tab. 1 Struktura a chemické značení karnitinu systematický název IUPAC název triviální název 3-hydroxy-4-N-trimetyl-amino-butarová kyselina (3R)-3-hydroxy-4-(trimethylamonio)butanoát karnitin CAS číslo 541-15-1 strukturální a optické vzorce funkční vzorec (CH 3 ) 3 N + CH 2 -CH(OH)-CH 2 -COO - sumární vzorec C 7 H 15 NO 3 11

3. Fyziologické funkce L-karnitin se podílí na významných metabolických pochodech v lidském organismu (Obr. 1). V případě jeho nedostatku můţe nastat patofyziologický stav projevující se nepříznivě na lidském zdraví. Mezi jeho nejdůleţitější funkce patří: přenos mastných kyselin s dlouhým řetězcem do mitochondrií oxidace mastných kyselin v peroxisomech vyrovnávání poměru AcylCoA/CoA v mitochondriích odstraňování toxických látek a acylových skupin vliv na další metabolické pochody Obr. 1 Role L-karnitinu v mitochondriální a peroxisomální oxidaci mastných kyselin (Buchtová 2014) 12

3.1 Přenos mastných kyselin s dlouhým řetězcem do mitochondrií Degradace mastných kyselin se odehrává v matrix mitochondrií. Kyseliny s krátkým řetězcem, do 12 C, jsou schopny sami přecházet přes mitochondriální membránu. Naproti tomu vyšší mastné kyseliny uţ tuto moţnost nemají. Ke svému transportu potřebují přenašeč, umístěný jako součást vnitřní mitochondriální membrány. Tímto přenašečem je právě L-karnitin. Aby mohl proces katabolismu mastných kyselin vůbec začít, je nutné je nejprve aktivovat na acyl-coa pomocí enzymu acyl CoA syntetázy. Aktivace vyţaduje dodávku ATP, jako jediná reakce v procesu celé degradace. ATP zde slouţí jako vysokoenergetický substrát pro acyl CoA syntetázu s následným vznikem AMP a PP i. Vzniklý PP i se v další reakci hydrolyzuje anorganickou pyrofosfatázou s následnou ztrátou dalšího vysokoenergetického substrátu (Murray 2012). Následuje krok, kdy je aktivovaná mastná kyselina v podobě acyl CoA přeměněna na acylkarnitin pomocí enzymu karnitinpalmitoyltransferázy I (CPT 1), umístěného na vnější straně mitochondriální membrány. Přenašečem přes vnitřní membránu je karnitinacylkarnitintranslokáza (CAT). Acylkarnitin je přenesen dovnitř výměnou za jednu molekulu karnitinu (antiport). Acylkarnitin pak reaguje s CoA v reakci katalyzované karnitinpalmitoyltransferázou II (CPT 2), která se nachází na vnitřní straně vnitřní membrány mitochondrie. Acyl CoA je poté začleněn do mitochondriální matrix a karnitin je uvolněn (Murray 2012; Ledvina 2009). Mechanismus transportu a role karnitinu při něm ilustruje obr. 2. 13

Obr. 2 Role karnitinu při transportu mastných kyselin s dlouhým řetězcem přes vnitřní mitochondriální membránu (Murray 2012) Po transportu mastných kyselin přes vnitřní mitochondriální membránu do místa β oxidace, se mohou mastné kyseliny dále štěpit a poskytovat energii pro další pochody v těle, jak bude v následujících kapitolách vysvětleno. Veškeré pochody, na nichţ se podílí karnitin, jsou řízeny acyltransferázami, které katalyzují přenos acylové skupiny z acyl-coa na substrát. V tomto případě se acylová skupina naváţe na karnitin a uvolní se volný CoA za vzniku acylkarnitinu. Konkrétněji hovoříme o acyltransferáze pro mastné kyseliny s krátkým řetezcem, octanoyltransferáze pro mastné kyseliny se středně dlouhým řetězcem a palmitoyltransferáze pro mastné kyseliny s dlouhým řetězcem (Crill a Helms 2007). 3.2 Oxidace mastných kyselin v peroxisomech Karnitin je zapojen také do přenosu meziproduktů peroxisomální β oxidace z peroxisomů do mitochondrií. Na rozdíl od mitochondriální β oxidace není karnitin v peroxisomech nutný přímo pro oxidaci, jelikoţ peroxisomová membrána obsahuje přímý 14

přenašeč nebo permeázu pro acyl CoA. Mastné kyseliny, většinou s dlouhým řetězcem, jsou pouze degradovány do kratších mastných kyselin, které jsou poté pomocí karnitinu transportovány z peroxisomů do mitochondrií k úplné oxidaci na vodu a oxid uhličitý v Krebsově cyklu (Cibulka 2005; Vernez 2005; Prokorátová et al. 2005). 3.3 Vyrovnávání poměru acetyl CoA/CoA v mitochondriích Karnitin má také vliv na produkci energie z aminokyselin a sacharidů. Předpokládá se, ţe zvyšuje produkci energie z těchto zdrojů zvýšením aktivity enzymových komplexů pyruvátdehydrogenázy (PDC) a fruktokinázy v důsledku sníţení intramitochondriálního poměru acetyl-coa/coa. Tento poměr je redukován enzymem karnitin acetyltransferázou (CAT), jehoţ funkce bude popsána v kapitole 4.7 (karnitin a metabolismus svalu). Intramitochondriální pokles tohoto poměru stimuluje aktivitu PDC, coţ vede ke zvýšené aktivaci glukózy. Právě tento poměr karnitin reguluje, čímţ rozhoduje, bude-li přednostně stimulována β-oxidace mastných kyselin, nebo oxidace glukózy. Tímto je modulován přísun energie z různých oxidačních pramenů (Cibulka 2005; Vernez 2005; Prokorátová et al. 2005). Obr. 3 Schéma zobrazující mitochondriální metabolismus mastných kyselin s dlouhým řetězcem a regulaci poměru acyl-coa/coa na vnitřní mitochondriální straně (Vernez 2005) 15

3.4 Odstraňování toxických látek a acylových skupin Karnitinový regulační efekt můţe být vyuţit také v regulaci špatně metabolizovaných látek, toxických látek vzniklých během beta oxidace a potenciálně toxických acylových skupin, pocházejících z xenobiotik, či blokovaných metabolických cest. Tyto acylové skupiny jsou přeměněny na deriváty CoA, čímţ vyčerpávají zásoby volného CoA. Transesterifikací těchto acyl-coa s příslušnými acylkarnitiny následuje jejich exkrece ledvinami do moče a dochází tak k obnovení volné frakce CoA (Cibulka 2005; Vernez 2005; Prokorátová et al. 2005). 3.5 Vliv na další metabolické pochody Karnitin má také vliv na řadu metabolických účinků. Sniţuje tvorbu kyseliny mléčné (laktátu) při fyzické zátěţi, přenáší metabolity triacylglycerolů z mitochondrie ven, coţ zvyšuje hladinu koenzymu A, a to následně přeměnu tuků na energii. Dále sniţuje riziko intoxikace amoniakem, například u pacientů s těţkými poruchami funkce ledvin, nebo v důsledku hladovění, či extrémní fyzické zátěţe. V této souvislosti spolupracuje s argininem a ornitinem. Zvyšuje aktivitu mozku tím, ţe ovlivňuje hladinu některých neurotransmiterů, jako například GABA či taurinu (Buchtová 2014; Cibulka 2005). 3.6 Výskyt karnitinu v těle Karnitin se v těle vyskytuje v různých tkáních a s různou koncentrací. Nejvíce je zastoupen ve svalech, a to aţ v 95 % obsahu v těle. Dále v játrech, ledvinách, srdci, mozku a dalších tkáních, které potřebují nejvyšší dodávku energie pro svůj chod. Koncentrace karnitinu se odráţí od potřeb orgánu na tuto látku. Celkový obsah karnitinu u průměrného zdravého muţe o váze 70 kg, je zhruba 21 g (Vernez 2005). Pestrá strava poskytne tělu 20-200 mg karnitinu denně, coţ odpovídá zhruba třem čtvrtinám z potřebné dostupnosti a 2-12 umol/kg. Endogenní syntézou se vytvoří 10-20 mg za den, v podobě jedné čtvrtiny a 1,2 umol/kg (Buchtová 2014; Vernez 2005). V kosterním svalstvu dosahuje karnitin koncentrace od 1570-3010 nmol/g, v srdci 420-840 nmol/g a v játrech od 570-1090 nmol/g. Extracelulární tekutiny včetně plasmy, mají hodnoty mezi 36-56 µmol/l. Představují asi 0,6 % celkového karnitinu v těle (Vernez 2005). V následující tabulce 2, najdeme mnoţství karnitinu v jednotlivých částech těla. 16

Tab. 2 Výskyt karnitinu v lidském těle (Buchtová 2014) Orgán Karnitin v µmol/ml kosterní svalstvo 3,96 srdce 4,80 játra 2,90 ledviny 1,00 lymfocyty 1,00 erytrocyty 0,24 ejakulát 0,3-0,5 mozek 0,30 17

4. Metabolismus Ke vzniku karnitinu je potřeba několik komponent. Výchozí syntéza se skládá z aminokyselin lysinu, metioninu a glycinu za přítomnosti vitamínu C, vitamínu B 6 a ţeleza. Endogenní syntéza probíhá v játrech, ledvinách a částečně v mozku. Mají dostatečné mnoţství všech sloţek, které jsou k syntéze karnitinu potřeba. Naproti tomu srdce a kosterní svalstvo, které karnitin vyuţívají prioritně pro svou činnost, nemají dostatečnou výbavu a obsah enzymu γ-butyrobetainhydroxylázy (enzym potřebný k poslednímu kroku syntézy karnitinu), aby jej nasyntetizovaly. Karnitin se proto vytvoří v játrech, ledvinách a krevní cestou se dostane do periferních tkání, kde je vyuţit. Většinu karnitinu přijímáme exogenní cestou z potravy. Endogenní tvorba je minoritní pro udrţení denní potřeby karnitinu v těle. Největší podíl karnitinu najdeme v mase, mléce a potravinách ţivočišného charakteru. Pokud dodrţujeme správnou a pestrou stravu, je karnitinu v těle dostatek. Ohroţenou skupinou mohou být vegetariáni či striktní vegani a jedinci vynechávající potraviny ţivočišného původu, jak vyplývá z některých studií (Stephens et al. 2011). Vegetariáni mají niţší celkový obsah karnitinu a sníţenou kapacitu pro přepravu karnitinu do svalů. Je to zřejmě zapříčiněno nedostatečnou činnosti OCT2 (Stephens et al. 2011; Delanghe et al. 1989), coţ je transportér organických kationtů, který hraje důleţitou roli při renální clearance a přenáší karnitin proti koncentračnímu gradientu (Cibulka 2005, ANON. 2014). 18

Tab. 3 Výskyt karnitinu v potravinách (Steidl a Zbránková 2000) Potravina Karnitin v mg/100 g Potravina Karnitin v mg/100 g čerstvé potraviny čerstvé potraviny skopové maso 210,0 jehněčí játra 2,6 jehněčí maso 78,0 kvasnice 2,4 hovězí maso 64,0 Kkravské mléko 2,0 vepřové maso 30,0 rýţe 1,8 králičí maso 21,0 pšeničné klíčky 1 mateřské mléko 14,0 vajíčka 1 kuřecí maso 4-9 kuřecí játra 0,6 rajčata 2,9 chléb 0,2 hrušky 2,7 květák 0,1 4.1 Syntéza karnitinu Syntéza je sloţena z několika kroků a doprovodných enzymů. Nejprve dochází k methylaci lysinu pomocí S-adenosylmethioninu za vzniku trimethyllysinu. Tento krok je povaţován za nejpomalejší v celém procesu syntézy (Vernez 2005). Následuje sled dalších enzymových reakcí, jako je hydroxylace trimethyllysinu enzymem trimethyllysin-hydroxylázou, coţ je jediný mitochondriální enzym při syntéze karnitinu, který vyţaduje kofaktory. Zmíněnými kofaktory této reakce jsou askorbová kyselina, Fe 2+ a α-ketoglutarát. Poté aldolové štěpení a znovu oxidace aţ do vzniku butyrobetainu. Posledním krokem je hydroxylace butyrobetainu pomocí enzymu butyrobetainhydroxylázy za vzniku karnitinu. I zde je nutná přítomnost kofaktorů askorbové kysliny, Fe 2+ a α-ketoglutarátu. Vzniklý karnitin je pomocí krevního řečiště transportován do cílových tkání, kde plní svou funkci (popsáno v kapitole 3). Rychlost syntézy karnitinu je ovlivněna změnami koncentrace v séru a ve svalech a změnami ve vylučování karnitinu (Rebouche et al. 1989; Vernez 2005). Celou syntézu L-karnitinu zobrazuje obr. 4. 19

Obr. 4 Popis cesty syntézy L-karnitinu v těle (Crill a Helms 2007) 4.2 Absorbce a eliminace karnitinu Karnitin je v těle transportován pomocí aktivního transportního systému. Mezi buňkami jednotlivých tkání je velká variabilita v míře transportu karnitinu, odkud vyplývá jeho rozdílnost v koncentracích. Transport karnitinu závisí na koncentraci natria (Na + ) a tkáňové afinitě k natriu. Pravděpodobně se tedy jedná o mechanismus společného transportu s natriem (Cibulka 2005). V játrech byla prokázána nízká afinita transportu ke karnitinu, ale za to vysoká afinita transportu k butyrobetainu (hlavní prekurzor biosyntézy karnitinu). Játra tedy hrají důleţitou roli v produkci karnitinu a jeho transportu do těla, zatímco butyrobetain snadněji vstupuje do přeměny v karnitin. Srdce, kosterní svaly 20

a ledviny, které mají více jak 90% zastoupení celkového obsahu karnitinu, představují duální transportní systém karnitinu s vysokou a nízkou afinitou transportu. Ledviny navíc hrají zásadní roli při homeostáze karnitinu. Asi 90-95 % profiltrovaného karnitinu je znovu reabsorbováno a zbytek je vyloučen ve formě acylkarnitinů močí. Jedná se o mnoţství 100-300 µmol/den, stolicí odchází jen asi 1 % z močových ztrát. Stejný transportní systém se vyskytuje také v buňkách střevní sliznice, kde je zajišťována exogenní absorpce karnitinu. Střevní resorbce karnitinu přijatého potravou, probíhá zejména v duodenu a jejunu, v ileu o něco méně. Do buněk střevní sliznice je karnitin přijat velice snadno a rychle, ale pomalu jej vydává do oběhu (Cibulka 2005; Georges et al. 2000; Ramsay et al. 2001). 4.3 Karnitinový cyklus Karnitinový cyklus zajišťuje homeostázu karnitinu v těle. Transportuje karnitin mezi jednotlivými tkáněmi a umoţňuje jeho průchodnost. Zprostředkovávají jej organické kationové transportéry OCTN 1-3 pomocí aktivního transportu stimulovaného NaCl. Transporter OCTN2 má nejvyšší afinitu, je silně zastoupen v ledvinách, kde hraje důleţitou roli při eliminaci karnitinu z těla. V menší míře je pak zastoupen v srdci, placentě, střevech a v játrech. V kosterním svalstvu chybí. Zajišťuje také transport acetylkarnitinu a propionylkarnitinu. Transporter OCTN1 má nízkou afinitu transportu, jeho profil a zastoupení je podobné transportu OCTN2. Transporter OCTN3 má střední afinitu k transportu, převáţně se vyskytuje ve varlatech a je zapojen do karnitinového transportního systému v peroxisomech, jako jediný není stimulován Na +. Tkáňová distribuce karnitinu je navíc částečně řízena hormony. Sníţené mnoţství inzulinu a glukagonu sniţuje mnoţství karnitinu v plasmě (Vernez 2005; Longo et al. 2006; Stephens et al. 2007a, 2007b; Tamai et al. 1998; Ohashi et al. 1999). 21

Obr. 5 Karnitinový cyklus (Stephens et al. 2006) 4.4 Beta oxidace mastných kyselin β-oxidace je proces úzce spjatý s funkcí karnitinu v těle. Bez činnosti karnitinu by nemohly mastné kyseliny s dlouhým řetězcem přecházet přes vnitřní mitochondriální membránu, kde β-oxidace probíhá. Tento proces je významným dějem, důleţitým pro tvorbu energie v těle. Kaţdý krok oxidace je katalyzován enzymy a potřebnými kofaktory NAD + a FAD jako koenzymy. Veškeré procesy probíhají aerobně za přítomnosti kyslíku (Murray 2012). Proces β-oxidace mastných kyselin je úzce spjat s dalšími pochody v organismu, jako například s dýchacím řetězcem, odkud pochází kofaktory FAD a NAD +. Nebo s citrátovým cyklem, který souběţně probíhá uvnitř mitochondrií. Proto můţe porucha tohoto procesu vyvolat vedlejší změny a následky, odráţející se na tělesný stav. Přílišný nárůst oxidace mastných kyselin způsobuje ketoacidózu, vlivem nadměrné tvorby ketolátek v játrech. Podobný stav je charakteristický pro hladovění čidiabetes mellitus (Murray 2012). Naopak nedostatečná aktivita β-oxidace zapříčiňuje hypoglykemii, tento stav můţe nastat právě v případě nedostatku karnitinu (Murray 2012; Ledvina 2009). 22

Do β-oxidace vstupuje acyl-coa, který vzniká z aktivované mastné kyseliny, CoA, za přítomnosti acyl-coa-syntetázy, ATP a Mg 2+. Aktivace proběhne v cytosolu a za pomocí karnitinu, na který je vázána esterovou vazbou, se přenese do mitochondrie (obr. 2). Proces degradace mastných kyselin začíná oxidací na β-uhlíku (C3), odkud pochází její název. Během β-oxidace jsou v jednom okamţiku z molekuly acyl-coa odštěpeny dva uhlíky z karboxylového konce řetězce. Vznikají tak jednotky acetyl-coa (Murray 2012). V prvním kroku dochází k odebrání dvou atomů vodíku z 2(α) a 3(β) uhlíkových atomů. Reakci katalyzuje acyl-coa-dehydrogenáza, vyţadující přítomnost FAD. Výsledkem je enoyl-coa (obsahuje dvojnou vazbu) a FADH 2, který je reoxidován v dýchacím řetězci za přítomnosti flavoproteinu přenášející elektrony. K nasycení dvojné vazby vstupuje do další reakce, katalyzované enoyl-coa hydratázou, molekula vody. Vytvoří se 3-hydroxy-acyl-CoA. Jeho 3-hydroxy deriváty podléhají dehydrogenaci na třetím uhlíku v reakci katalyzované 3-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenázou. Produktem je 3-ketoacyl-CoA za přítomnosti koenzymu NAD +. V posledním kroku je 3-ketoacyl-CoA rozštěpen thiolázou na acetyl-coa a acyl-coa, který je kratší o dva uhlíky. Dlouhý řetězec acylu-coa se tedy můţe krátit aţ do poslední molekuly acetyl-coa, která je oxidována v citrátovém cyklu na CO 2 a vodu (Murray 2012). Proces β-oxidace je zobrazen na obr. 6. 23

Obr. 6 β-oxidace (Murray 2012) 24

4.5 Nedostatek karnitinu Nedostatek karnitinu můţeme snadno popsat jako stav kdy je koncentrace ve tkáních, séru, nebo plazmě sníţena pod hodnoty vyskytující se u průměrné zdravé populace. Tento stav je důsledkem nedostatečné endogenní syntézy nebo nízkého exogenního přívodu z potravin. Vzhledem k důleţitosti funkce karnitinu v těle, potřebné jednak k produkci a tvorbě energie a udrţení správných metabolických drah, nelze nechat sníţení hladiny karnitinu bez povšimnutí. Tyto hladiny se mohou různit podle věku, pohlaví, metabolického stavu a typu stravy. Ovšem při zjištění sníţení některých z hodnot, je dobré pokleslou hladinu doplnit. V případě nedostatečného exogenního zásobení, se můţe endogenní syntéza navýšit aţ na 90 % denních potřeb, ovšem ne u kaţdého jedince v populaci (Vernez 2005). Mnoţství karnitinu a jeho nedostatek lze snadno zjistit pomocí klinických symptomů a laboratorních testů. Za nedostatečné mnoţství karnitinu povaţujeme pokles na 20-10 % denních potřeb (Vernez 2005). Pokud přepočteme hodnotu na průměrného zdravého muţe, jak bylo psáno výše, pohybuje se toho mnoţství v rozmezí od 4,2-2,1 g celkového karnitinu. Klinickými symptomy mohou být únava, slabost končetin, svalová dysfunkce, hypoglykémie, hypotonie, kardiomyopatie a kóma (Duran et al. 1990). Laboratorně se vyšetřují parametry v séru a plazmě a hodnoty v moči. Referenční hodnoty parametrů jsou k nalezení v tabulce v Příloze I. Nedostatek karnitinu můţeme také definovat poměrem acylkarnitinu a volného karnitinu v plazmě. Pokud je vyšší neţ 0,4 můţeme tento stav označit jako nedostatečný (Vernez 2005). V případě nedostatku svalového karnitinu zůstává koncentrace v séru stejná. Při systémovém nedostatku karnitinu, zřejmě v důsledku poškození syntézy karnitinu v játrech, je sníţený jak karnitin ve svalu, tak v séru (Willner et al. 1979). Protoţe hlavní funkcí karnitinu je přenos mastných kyselin do mitochondrií, můţeme nedostatek vyhodnotit také na základě kumulace mastných kyselin v cytosolu, sníţení ketonů a energie v podobě ATP. Sníţená produkce energie má potenciální efekt na všechny metabolické pochody, převáţně sníţení glukoneogeneze (Crill a Helms 2007). Nedostatek karnitinu lze rozdělit na primární a sekundární. Primární nedostatek je geneticky podmíněn a je popsán jako pokles intracelulárního obsahu karnitinu. Je spojen s poruchou oxidace mastných kyselin, tkáně kde je ho nedostatek a bez výskytu jiného identifikovatelného systémového onemocnění (Cibulka 2005; Vernez 2005). Primární nedostatek lze dále rozdělit do dvou forem. Systémová forma se vyznačuje nízkou hladinou 25

karnitinu v plazmě a v postiţené tkáni. Svalová forma je charakteristická nízkým obsahem svalového karnitinu, s omezením pouze na daný sval. Dále také lipidovou akumulací v kosterním svalstvu s projevy slabosti kořenového svalstva horních i dolních končetin (Cibulka 2005; Vernez 2005). Primární poruchu můţe také zapříčinit nedostatek některého z enzymů nebo produktů potřebných k syntéze karnitinu. Při nedostatku CPT1, je převáţně ovlivněna činnost jater, srdce a svaly jsou bez defektu. Typickým projevem této poruchy je hypoglykémie na lačno. Nedostatek CPT2 ovlivňuje činnost svalu. Deficitem CACT dochází k hypoketotické hypoglykémii na lačno (Crill a Helms 2007). Projevem primárního nedostatku je například kardiomyopatie, hepatopatie, mozková encefalopatie, hypoglykémie či hypoketonémický syndrom (Cibulka 2005). Sekundární nedostatek je popsán jako nedostatečné mnoţství karnitinu v plasmě nebo tkáni, s rozdílem výskytu celé řady genetických chorob, získaných zdravotních stavů nebo vlivem iatrogenních faktorů (Vernez 2005). Další podnět pro sekundární nedostatek je celkově vznik onemocnění či onemocnění orgánu, kde probíhá syntéza karnitinu, nebo onemocnění vyvolávající zvýšené ztráty karnitinu z těla, nebo naopak brání jeho syntéze. Příkladem můţe být renální (zvýšené ztráty močí) nebo jaterní selhání, syndrom krátkého střeva (nedostatečná absorbce potřebných látek). Sekundární nedostatek mohou rovněţ vyvolat léčiva podávaná během léčby (lidokain, cisplatina, doxorubicin, zidovudin, valproová kyselina) (Crill a Helms 2007). 4.6 Karnitin a pyruvátdehydrogenázový komplex (PDC) Pyruvátdehydrogenázový komplex je největší mitochondriální enzym u savců. Skládá se ze tří enzymů pyruvátdehydrogenázy, dihydrolipoyltransacetylázy, dihydrolipoyldehydrigenázy a pěti kofaktorů thyaminfosfat, kys. lipoová, CoA, FAD a NAD +. Funkce komplexu je katalytická, strukturní a regulační. V závislosti ke karnitinu je důleţitý tento komplex zejména při svalové práci. Klíčovým faktem je momentální potřebný zdroj, který bude utilizován do vzniku energie. Celý komplex se podílí na metabolismu pyruvátu, který je po glykolýze přenesen za aerobních podmínek do mitochondrií. Zde je oxidativně dekarboxylován na acetyl-coa. Výsledkem celé reakce je redukovaný NADH, během níţ se uvolní CO 2 a jiţ zmíněný acetyl-coa, který dále vstupuje do Krebsova cyklu (Constantin-Teodosiu 2013; Murray 2012). Aktivace komplexu a řízení je moţné různými 26

způsoby. Buď alosterickou inhibicí svými vlastními produkty acetyl-coa a NADH, nebo fosforylací a defosforylací. Kovalentní fosforylace tří serinových zbytků na první katalytické jednotce pyruvátdehydrogenázové komponenty, řídí enzym PDH kináza (PDK), která sniţuje aktivitu komplexu. Defosforylaci zprostředkovává enzym PDH fosfatázou (PDP), která naopak aktivitu zvyšuje. Kináza se aktivuje vzrůstem poměrů ATP/ADP, acetylcoa/coa, a NADH/NAD +. Pyruvátdehydrogenáza je tedy inhibována nejen dostupností adekvátního mnoţství ATP, ale také průběhem oxidace mastných kyselin. Během hladovění, kdy vzrůstá koncentrace mastných kyselin, se sniţuje poměr enzymu vyskytujícího se v aktivní formě, coţ má za následek sníţení utilizace glukózy a sníţení rychlosti oxidace sacharidů. V tukové tkáni, kde poskytuje glukosa acetylcoa nutný pro lipogenezi, je tento enzym aktivován inzulinem. V praxi lze tato funkce velice dobře popsat na činnosti svalu. Při kontrakci svalu dochází ke vzniku energie a síly, ale také ke zvýšené tvorbě pyruvátu, která je zapříčiněna degradací glykogenu a zvýšenou spotřebou glukózy z cirkulující krve. Za anaerobních podmínek se pyruvát degraduje na laktát a můţe způsobovat zvýšenou koncentraci kyselin ve svalu, za aerobních podmínek je oxidován v PDC při nevratné reakci: pyruvát + CoA+ NAD + -> acetyl-coa + NADH+ CO 2. Prostřednictvím této reakce je moţné zvýšit objem oxidované glukózy při cvičení na podnět zvýšené koncentrace inzulinu, čímţ je dosaţeno vyšší utilizací glukózy (Constantin-Teodosiu 2013; Murray 2012). U člověka existuje silná korelace, mezi mnoţstvím PDC a maximálním objemem kyslíku v celém těle (VO 2 max). V klidové situaci je do svalstva přiváděno 10 % objemu O 2 z krevního oběhu. Během namáhavého cvičení se můţe hodnota O 2 zvýšit aţ na 80 % pro poskytnutí potřebného mnoţství pro oxidaci a vzniku energie pro pracující sval. Svaly mají v sobě zásobní jednotku v podobě glykogenu, pokrývající energii a glukózu aţ do 50 % potřeby. Při zvýšeném cvičení se metabolický obrat zvýší aţ na desetinásobek. Zbylé nároky na energii zprostředkovává PDC díky oxidaci sacharidů za vzniku pyruvátu (Constantin- Teodosiu 2013). 4.7 Karnitin a metabolismus svalu Ve svalech je více jak 95 % celkového karnitinu v těle. Zde je potřebný pro svalovou aktivitu a plní zde dvě hlavní metabolické role. Za prvé je karnitin substrátem pro CPT1, čímţ dochází ke vzniku acylkarnitinu, který můţe přenášet MK s dlouhým řetězcem do místa β-oxidace. A za druhé je vyuţit při vysoké intenzitě cvičení. Kdy je dostatek acetylkarnitinu nezbytný pro udrţení dostatečné hladiny acetylcoa, která dále ovlivňuje činnost PDC. 27

Z tohoto faktu lze tedy tvrdit, ţe L-karnitin funguje jako ergogenní činitel, za předpokladu zvýšeného svalového karnitinu dochází ke zvýšené svalové oxidaci tuků a šetření svalového glykogenu, čímţ oddálíme jeho vyčerpání. Ovšem nejsou dosud ţádné studie, které jednoznačně ukazují na moţnost zvýšení svalového karnitinu a jeho vyuţití pro svalový metabolismus a cvičební výkon po perorálním uţití (Stephens et al. 2007a; Wall et al. 2011; Brass 2000; Jacobs et al. 2009). V klidové situaci se ve svalu vyskytuje 80-90 % volného karnitinu, 10-20 % acylkarnitinu s krátkým řetězcem a 5 % acylkaritinů s dlouhým řetězcem. Cvičení při nízké intenzitě po dobu 60 minut nemá ţádný vliv na sloţení karnitinu ve svalu. Zatímco při cvičení o vysoké intenzitě dochází ke změnám rozloţení karnitinu jiţ po 10 minutách, a to na 40 % volného L-karnitinu a 60 % acylkarnitinů s krátkým řetězcem. Toto přerozdělení přetrvává po dobu dalších 20 minut cvičení a není ještě plně normalizováno po 60 minutách po cvičení i po zotavovací fázi. U zdravých jedinců je ve svalu při cvičení s vysokou intenzitou dominantní acetylkarnitin (spadá do skupiny acylkarnitinů). Se zvýšenou akumulací acetylkarnitinu se paralalně zvyšuje mnoţství acetyl-coa, coţ signalizuje nesoulad mezi výrobou acetyl-coa a jeho vstupem do citrátového cyklu. Poměr vznikajícího acetyl-coa a acylkarnitinu reguluje enzym karnitin acetyltransferáza (CAT). Ten funguje jako regulátor celkové tělesné tolerance glukózy a svalové činnosti PDC, který podporuje oxidaci glukózy a zpětnovazebně je inhibován nadbytkem acetyl-coa. V případě velkého mnoţství výskytu acetyl-coa dochází k inhibici PDC, čím se sníţí produkce acetyl-coa z této reakce a jeho vstup do citrátového cyklu. Následně můţe docházet k hromadění laktátu, při aktivitě s vysokou intenzitou, díky převaze anaerobního metabolismu nad aerobním z cytrátového cyklu. Karnitin je schopen na sebe vzniklé acylové skupiny navázat, čímţ redukuje tvorbu acetyl-coa, podporuje činnost PDC a rozšiřuje moţnost pokračovat ve vysoké intenzitě cvičení. Tento mechanismus působí pouze do úrovně zásobení svalového karnitinu, kdy je moţné udrţet vysoké úsilí anaerobní aktivity se sníţenou tvorbou laktátu a šetřením svalového glykogenu. K této situaci při nízké intenzitě cvičení nedochází, (nevznikají vyšší obsahy acetylkarnitu), ale mechanismus výše zmíněného účinku můţe poskytnout zvýšenou oxidaci MK v klidu a v průběhu submaximální aktivity do bodu anaerobního prahu (Murray 2012; Jacobs et al. 2009; Seiler et al. 2014; Muoio et al. 2012; Brass 2000; Stephens et al. 2007a). 28

Celkový volný obsah svalového karnitinu můţe ovlivňovat oxidaci MK. Karnitin by mohl tudíţ zmírnit pokles oxidace tuků během cvičení s vysokou intenzitou a současně sníţit vyuţití svalového glykogenu. Trénovaní jedinci mají celkově vyšší obsah svalového karnitinu ve srovnání s netrénovanými jedinci a mají vyšší schopnost vyuţívat mastné kyseliny během cvičení, zároveň se zpozdí vznik únavy aţ o 25 % a dochází ke sníţené tvorbě laktátu. Při nízké intenzitě cvičení se sníţí aktivita PDC a vyuţití svalového glykogenu a naopak se zvýší utilizace tukových zdrojů (Stephens et al. 2007a; Wall et al. 2011). Ze studií je patrné, ţe u zdravých jedinců se nepodařilo ani perorálním, ani intravenózním podáváním karnitinu zvýšit obsah svalového karnitinu. Dokonce podávání 2-4 g karnitinu na den po dobu 2-12 týdnů nemělo ţádný účinek na svalový karnitin nebo indexy svalového energetického metabolismu. Pouze v případě podání infuze karnitinu spolu s vysokou dávkou infuze inzulinu, můţeme očekávat nárůst svalového karnitinu díky působení inzulinu. Inzulin způsobuje dilataci cév, čímţ karnitin vstupuje do svalu rychleji, díky lepšímu plnění kapilár, které propojují přímé spojení svalů a vysokou plazmatickou koncentraci karnitinu (Stephens et al. 2007a; Wall et al. 2011; Brass 2000; Jacobs et al. 2009). 29

5. Zdravotní účinky karnitinu Karnitin lze díky své činnosti a funkci v těle pouţít jako pomocný činitel při léčbě onemocnění, nebo zlepšení nutričních stavů v různých odvětvích zdravotnictví. Příkladem je vyuţití při vrozených metabolických poruchách, diabetu mellitu, onemocnění ledvin, kardiologie, hematologii. 5.1 Karnitin a vrozené metabolické poruchy Vrozené metabolické poruchy jsou onemocněním, se kterým se jedinec jiţ narodí. Dochází k poruše důleţitých syntéz a pochodů, které ovlivňují další dílčí reakce metabolismu. Novorozeneckým screeningem lze odhalit metabolickou poruchu jiţ několik dní po porodu, ovšem některé nedostatky a poruchy se mohou rozvinout aţ v průběhu dětství, dospívání nebo dospělosti (Nasser et al. 2012). Jednou z nejčastějších metabolických poruch, která ovlivňuje karnitin nebo jeho funkci v těle, je způsobené deficitem některého z enzymů, potřebných pro syntézu karnitinu. Ve většině případů se jedná o poruchu nebo nedostatek enzymu γ-butyrobetain-hydroxylázy, potřebné k poslednímu kroku a přeměně γ-butyrobetainu na karnitin, coţ vede k poruše transportu MK, nebo ke hromadění metabolických produktů toxických pro organismus (Nasser et al. 2012). Karnitin nevyléčí danou poruchu, ale můţe nahradit chybějící enzym a přispět tak ke správnému chodu metabolických poruch. Substituční léčba probíhá v podobě podávání léků schválených organizací Food and Drug administration (FDA) od roku 1992 v USA. Léčba se osvědčila jako levné, bezpečné a účinné terapeutické opatření (Nasser et al. 2012). Jedná se o poruchy akutní i chronické, konkrétně poruchy metabolismu MK, organických-propionová acidóza (PA), methylmalonová acidóza (MMA), isovalerová acidóza (IVA) a nedostatku kyselin se středně dlouhým řetězcem acyl-coa (MCAD) (Nasser et al. 2012). Zvolení substituční léčby karnitinem v případě metabolických poruch ovšem není vţdy prioritní. Rozhoduje několik aspektů. V akutních fázích se nejprve řeší problém pomocí úpravy stravovacích zvyklostí, které jsou však pro pacienta náročné a vyţadují dlouhodobé dodrţování. Substituční léčba karnitinem je volena v případě neúspěchu předešlých metod, kdy pomáhá usnadnit ţivot postiţenému s vrozenou metabolickou poruchou (Nasser et al. 2012). 30

5.2 Karnitin a Diabetes mellitus Diabetes mellitus je onemocnění, tvořící část poruch homeostázy glukózy. Od počátku 21. století můţeme o tomto onemocnění hovořit jako o epidemii. Jeho nárůst za poslední dvacetiletí v České republice je dvojnásobný (Škrha 2009). Diabetes mellitus můţeme klasifikovat do dvou typů I. a II. Diabetes mellitus I. typu je onemocnění, jehoţ příčinou je nedostatečná aţ chybějící endogenní produkce inzulinu v β-buňkách pankreatu. Podle klasifikace jej můţeme dělit na dva subtypy: 1A - autoimunitní, výskyt pozitivního nálezu autoprotilátek. A 1B - idiopatický, autoprotilátky nejsou přítomny (Škrha 2009). Diabetes mellitus II. typu je onemocnění s genetickou predispozicí, které je polygenní a na jehoţ manifestaci se dále podílejí vlivy vnějšího prostředí, jako jsou špatná ţivotospráva, nevhodně sloţená strava s nadbytkem jednoduchých sacharidů a lipidů, nedostatek pohybu a stresové faktory. Jde o sníţenou citlivost periferních tkání na působení endogenního inzulinu (Škrha 2009). V případě nedostatku karnitinu v těle diabetika, který nastane při nedostatečném příjmu karnitinu z exogenních zdrojů, nebo nedostatečnou endogenní syntézou, dochází ke hromadění MK, které nejsou schopné přecházet přes vnitřní mitochondriální membránu. Vlivem tohoto faktu dochází k přeměně MK na tukové zásoby, které zvyšují váhu diabetika. Rovněţ se hromadí ketolátky, které vznikají při rozkladu tuků. Ten je hlavním zdrojem energie při nedostatku glukózy, coţ zpomaluje aktivitu PDC (Murray 2012; Constantin- Teodosiu 2013). Karnitin můţe významně pomoci diabetikům II. typu. Chronická systémová hyperglykémie je patofyziologický stava můţe vést k buněčné dysfunkci, která spočívá v nerovnováze mezi účinkem a sekrecí inzulinu v metabolismu glukózy. Glukóza se tedy hromadí vně buňky a nemůţe samostatně procházet přes buněčnou membránu. Tyto dysfunkce mohou být časem nevratné v důsledku zhoršení schopnosti buňky poskytovat cévní stabilitu (Constantin-Teodosiu 2013). Komplikace diabetiků II. typu vznikají jak na makrovaskulární, tak mikrovaskulárni úrovni. Příkladem mohou být neuropatie, retinopatie, nefropatie, koronární arterie a periferní vaskulární onemocnění (Constantin- Teodosiu 2013). Neustále zvýšené mnoţství glukózy v krvi, lze sníţit její rychlejší oxidací a vyšší produkcí energie z tohoto zdroje. Karnitin sníţením intramitochondriálního poměru 31

acetyl-coa/coa stimuluje PDC, která zvyšuje oxidaci glukózy v periferních tkáních. Cílem je sníţit hyperglykémii sníţením jaterní produkce glukózy a zvýšení utilizace glukózy na periferii (Pit hová 2006). Podávání karnitinu diabetikům II. typu, spolu s vhodnou edukací o změně ţivotního stylu a častém cvičením, které je nejúčinnějším fyziologickým aktivátorem PDC, můţeme označit jako vhodnou léčbu pro sníţení svalové inzulinové rezistence a obezity (Ulvi et al. 2010; Vidal-Casariego et al. 2013; Rahbar et al. 2005). Dle studií má karnitin rovněţ pozitivní vliv na další komplikace spojené s diabetem. Zlepšuje průběh komorových arytmií a náhlou srdeční příhodu. Při suplementaci 2 g karnitinu denně, je moţné dosáhnout změn v převodech srdeční činnosti a sníţit tak riziko výskytu periferních neuropatií, ventrikulárních disperzí a srdečném arytmií. Výsledky jsou demonstrovány pomocí elektrofyziologických parametrů. Dále sniţuje plazmatickou hladinu glukózy na lačno, inzulinovou rezistenci, celkový cholesterol, LDL-cholesterol a některé druhy lipoproteinových částic (Ulvi et al. 2010; Vidal-Casariego et al. 2013; Rahbar et al. 2005). 5.3 Karnitin a hemodialyzovaní pacienti Dle studií u nemocných s chronickým renálním selháním léčených hemodialýzou, dochází k častému a výraznému deficitu karnitinu. Příčinou je jednak nízkoproteinová dieta při chronické renální insuficienci, a jednak porucha endogenní biosyntézy ztrátou funkčního parenchymu ledvin. V průběhu hemodialýzy pak dochází ke ztrátám přes dialyzační membránu z důvodu malé molekulové hmotnosti karnitinu. Výsledkem jsou velmi nízké hodnoty volného karnitinu a kumulace vázaného acylkarnitinu, který při renální nedostatečnosti vzniká ve zvýšeném mnoţství, díky porušené funkci, nebo úplnému chybění transportéru OCTN2. Ten zprostředkovává transport karnitinu a organických kationtů v závislosti na Na +. Následkem tohoto je acylkarnitin špatně dialyzovatelný (Cibulka et al. 2005; Kido et al. 2001). Deficit karnitinu se můţe u hemodialyzovaných pacientů podílet na vzniku dalších onemocnění, jako jsou například dyslipidemie; anemie, vzhledem k postiţení erytropoetinové tvorby; osteoporóza, díky zvýšeným ztrátám vitaminu D a jeho sníţenému metabolismu a proteinová malnutrice a časté chronické záněty v těle s nepatrnými projevy (Yang et al. 2013). 32

Ze studií je zřejmé, ţe podáváním 15 mg/kg karnitinu intravenózně po kaţdé hemodialýze můţeme zlepšit zdravotní stav pacienta. Zlepšíme tím jeho metabolismus lipidů, zejména LDL-cholesterol, stav výţivy z hlediska mnoţství proteinů, počet červených krvinek a antioxidační stav (Veselá et al. 2001; Cibulka et al. 2005; Huang et al. 2013). 5.4 Karnitin v kardiologii Srdce je sval a tudíţ je svou činností závislý na dodávce energie získávané z lipidů, ze kterých se hradí 60-80 % celkové energie v klidu. Při těţkém pracovním zatíţení se zvyšuje spotřeba glukózy, která je získávána ze zásob svalového glykogenu. V případě ischemie srdeční, dochází k potlačení oxidace, zastavuje se aerobní mechanismus a nastává anaerobní. Následně dochází k intracelulární acidóze s poklesem ph, umoţňující proniknutí Ca iontů do buňky, odkud ovšem nejsou odstraňovány, čímţ se zhoršuje relaxace svalu. V případě nedostatku karnitinu nemohou mastné kyseliny s dlouhým řetězcem, které jsou důleţitými energetickými substráty pro srdce, přecházet přes mitochondriální membránu, hromadí se ve svalových mitochondriích a klesá ATP, které nelze udrţet na potřebné úrovni kontraktility pro chod srdce. Energie jde pouze ze zdroje glykolýzy a oxidace glukózy. Tvorba ATP je u zdravého člověka hrazena aţ ze 75 % z mastných kyselin. V mitochondriích dochází ke vzniku edému a v konečné fázi je vyvolána nekróza buňky. Hromadící se lipidy se navíc ukládají v endokardiální a endoepiteliální tkání, čímţ dochází ke zmenšení tkáňového průsvitu. Vzniku těchto neţádoucích procesů lze předejít podáváním L-karnitinu, který redukuje dlouhé řetězce MK, odstraňuje jejich toxické metabolity, které se kumulují v cytosolu a převáţně v mitochondriích. Substituční léčba karnitinem je vysoce efektivní při kardiologických poruchách. Na den podáváme 100-400 mg/kg rozdělených do tří dávek. Kaţdou dávku je nutné přizpůsobit individuálním hodnotám plazmatické koncentrace karnitinu pacienta. Mohou nastat neţádoucí účinky léčby v podobě občasných průjmů a tělesného zápachu po rybině. Můţeme se jim vyvarovat sníţením dávky karnitinu (Steidl a Zbránková 2000; Fu et al. 2013). Ze studií rovněţ vyplývá pozitivní účinek podávání karnitinu na srdeční sval po prodělaném infarktu myokardu. Při akutním infarktu myokardu je L-karnitin vyplavován ze svalu a zvýšeně vylučován močí. Podávání 6-9 g karnitinu denně po dobu 12 měsíců u jedinců po akutním infarktu myokardu, bylo zjištěno zmírnění dilatace levé srdeční komory a pozitivní ovlivnění faktorů působící na vznik anginy pectoris (Steidl a Zbránková 2000). 33

5.5 Karnitin v hepatologii Metabolismus karnitinu můţe být u pacientů s onemocněním jater ovlivněný různými mechanismy. Příjem karnitinu ze stravy můţe být sníţen, převáţně u alkoholiků, kteří konzumují alkohol ve značném mnoţství. Dále můţe být jeho syntéza zvýšena u cirhotiků, kteří mají náročnější a rychlejší metabolický obrat kosterních svalů, nebo sníţena díky při poruše posledního kroku syntézy, hydroxylace butyrobetainu, který probíhá téměř výhradně v játrech (Krähenbühl a Reichen 1997). Pokud není dostatečná tvorba karnitinu zajištěna endogenní syntézou v játrech a nastávají poruchy v karnitinovém cyklu, je vhodné karnitin suplementovat perorální cestou. Hromadí se MK, které navíc mohou způsobit steatózu jater (Browning a Horton 2004). 34

6. Doplňky stravy a potraviny pro zvláštní výživu Doplňky stravy a potraviny pro zvláštní výţivu, jsou definovány podle státní zemědělské a potravinářské inspekce a dle zákona o potravinách, jako potraviny, jejichţ účelem je doplňovat běţnou stravu a které jsou koncentrovanými zdroji vitamínů a minerálních látek nebo dalších látek s nutričním nebo fyziologickým účinkem, obsaţeným v potravině samostatně nebo v kombinaci, určené k přímé spotřebě v malých odměřených mnoţstvích (SZPI 2014). Podle směrnice EP a R č. 2002/46/ES jsou doplňky stravy a potraviny pro zvláštní výţivu takové potraviny, jejichţ účelem je doplňovat běţnou stravu a které jsou koncentrovanými zdroji ţivin nebo jiných látek s výţivovým nebo fyziologickým účinkem, samostatně nebo v kombinaci, jsou uváděny na trh ve formě dávek, a to ve formě tobolek, pastilek, tablet, pilulek a v jiných podobných formách, dále ve formě sypké, jako kapalina v ampulích, v lahvičkách s kapátkem a v jiných podobných formách kapalných nebo sypkých výrobků určených k příjmu v malých odměřených mnoţstvích (SZPI 2014). Doplňky stravy a potraviny pro zvláštní výţivu musí splňovat různá nařízení Evropské komise a Evropského parlamentu a Rady dle právních předpisů. L-karnitin spadá právě do kategorie potravin pro zvláštní výţivu, které se dále řídí vyhláškou č. 54/2004 Sb., o potravinách určených pro zvláštní výţivu a o způsobu jejich pouţití (SZPI 2014). L-karnitin je vyuţíván jako doplněk stravy díky svým vlastnostem ve zdravotnictví (jak je popsáno v kapitole 5), ale rovněţ také ve sportu. Zde má své čestné místo na trhu jako tzv. Spalovač tuků, který má proces hubnutí urychlit. Formy tohoto doplňku jsou k dostání v lékárnách, na internetu, ale rovněţ v běţných obchodech se sportovní výţivou, v různých formách od tuhých tabletek, aţ po tekuté formy s moţností obohacení o další látky. Předpokladem pro splnění psané funkce popsané na etiketě je dostatečná pohybová aktivita a správná strava, coţ je často u tohoto typu potravin doplňováno. Můţeme říci, ţe tento dodatek plně popisuje předpoklady pro dostatečné vytvoření zásob karnitinu v těle tak, ţe plní dostatečně svou funkci a další perorální suplementace pro splnění účelu jiţ není nutná. Toto zjištění potvrzují rovněţ zahraniční studie a mělo by být dále poskytnuto široké veřejnosti (Stephens et al. 2007a; Wall et al. 2011; Brass 2000). 35