Die Licht- und Schattenseiten der L-Carnitin-Supplementierung: eine systematische Übersichtsarbeit

Die vorliegenden Ergebnisse wurden in den sechs einzelnen Abschnitten diskutiert, und für ein besseres Bild der LC-Supplementierung wurden auch andere Studien angezweifelt.

„Fatburner“

Es wurde angenommen, dass eine LC-Supplementierung durch die Erhöhung des Carnitin-Gehalts in den Muskeln die Fettoxidation optimiert und folglich die Verfügbarkeit von Fett für die Speicherung verringert. Die Annahme, dass Carnitin ein Schlankheitsmittel ist, wurde jedoch Mitte der 90er Jahre widerlegt. Direkte Messungen von Carnitin in der Skelettmuskulatur zeigten keine Erhöhung der Muskel-Carnitin-Konzentration nach einer 14-tägigen Einnahme von 4 g/Tag bzw. 6 g/Tag LC. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine LC-Supplementierung nicht in der Lage war, die Fettoxidation zu steigern und die sportliche Leistung über den vorgeschlagenen Mechanismus zu verbessern. In der Tat wiesen viele Originaluntersuchungen, die in einer späteren Übersicht zusammengefasst wurden, darauf hin, dass eine bis zu 4 Wochen andauernde LC-Supplementierung weder die Fettoxidation erhöht noch die Leistung während längerer Übungen verbessert.

Da die LC-Konzentration in der Skelettmuskulatur höher ist als die im Blutplasma, muss eine aktive Aufnahme von Carnitin stattfinden. Stephens et al. stellten fest, dass eine 5-stündige Steady-State-Hypercarnitinämie (~ 10-fache Erhöhung des Plasma-Carnitins), die durch eine intravenöse LC-Infusion induziert wurde, den TC-Gehalt der Skelettmuskulatur nicht beeinflusst. Andererseits erhöht eine ähnliche Intervention in Kombination mit einer kontrollierten Hyperinsulinämie (~ 150mIU/L) den TC-Gehalt in der Skelettmuskulatur um ~ 15%. Darüber hinaus führte ein höheres Seruminsulin, das durch den Verzehr von Einfachzucker aufrechterhalten wurde, zu einer erhöhten LC-Retention bei gesunden Probanden, die 2 Wochen lang LC zu sich nahmen. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse schlugen die Autoren vor, dass die orale Einnahme von LC in Kombination mit CHO zur Aktivierung des Carnitintransports in die Muskeln ~ 100 Tage dauern sollte, um den Carnitingehalt in den Muskeln um ~ 10% zu erhöhen. Diese Annahme hat sich in späteren Studien bestätigt. Diese sorgfältig durchgeführten Studien haben eindeutig gezeigt, dass eine längere Prozedur (über ≥12 Wochen) einer täglichen LC- und CHO-Einnahme eine Erhöhung des TC-Gehalts der Skelettmuskulatur induziert, die sich auf den Trainingsstoffwechsel auswirkt, die Leistung und den Energieverbrauch verbessert, ohne die Körperzusammensetzung zu verändern. Der fehlende Verlust von Körperfettspeichern kann durch die 18%ige Zunahme der Körperfettmasse erklärt werden, die mit der CHO-Supplementierung allein verbunden war und in der Kontrollgruppe festgestellt wurde.

Dennoch erhöhte eine 12-wöchige LC-Supplementierung von 2 g/Tag ohne CHO den Muskel-TC nur bei Vegetariern, nicht aber bei Allesfressern. Weder der Bewegungsstoffwechsel noch die Muskelmetaboliten wurden durch das erhöhte TC bei Vegetariern verändert.

Regulierung des Proteinhaushalts der Skelettmuskulatur

Die Skelettmuskelmasse hängt von den Raten der Proteinsynthese und des Proteinabbaus ab. Während der Muskelhypertrophie werden eine erhöhte Proteinsynthese und eine verringerte Proteolyse beobachtet. Beide Prozesse werden hauptsächlich durch den Signalweg reguliert: Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor-1 (IGF-1) – Phosphoinositid-3-Kinase (PI3K) – Proteinkinase B (Akt) – mammalian target of rapamycin (mTOR). Die Aktivierung von mTOR führt zur Phosphorylierung und Aktivierung von S6-Kinasen (S6Ks) und zur Hyperphosphorylierung von 4E-bindenden Proteinen (4E-BPs), was zu einer Beschleunigung der Proteinsynthese führt. Gleichzeitig phosphoryliert und inaktiviert Akt die Forkhead Box O (FoxO) und hemmt dadurch die für die Proteolyse verantwortlichen Ubiquitin-Ligasen: muskelspezifisches RING-Finger-1 (MuRF-1) und Muskelatrophie-F-Box-Protein (Atrogin-1), (für eine Übersicht siehe ).

Der Zusammenhang zwischen der LC-Supplementierung und der Regulierung von Stoffwechselwegen, die am Muskelproteinhaushalt beteiligt sind, wurde in mehreren Tierstudien gezeigt (Abb. 2) . Eine vierwöchige LC-Supplementierung bei Ratten erhöhte die IGF-1-Konzentration im Plasma. Erhöhtes zirkulierendes IGF-1 führte zu einer Aktivierung des IGF-1-PI3K-Akt-Signalwegs, was eine erhöhte mTOR-Phosphorylierung und ein höheres Phospho-FoxO/Gesamt-FoxO-Verhältnis im Skelettmuskel der mit LC supplementierten Ratten bewirkte. Die Inaktivierung von FoxO verringerte die MURF-1-Expression im Quadriceps femoris-Muskel der supplementierten Ratten (im Vergleich zur Kontrolle). Darüber hinaus unterdrückt eine 2-wöchige Verabreichung von LC den Spiegel der Atrogin-1-Messenger-RNA (mRNA) in den Hintergliedmaßen von suspendierten Ratten, und eine nur 7-tägige LC-Verabreichung senkt die MuRF-1- und Atrogin-1-mRNA, was den Muskelschwund in einem Rattenmodell der Krebskachexie reduziert. All diese Befunde könnten darauf hindeuten, dass eine LC-Supplementierung die Muskeln vor Atrophie schützt, insbesondere unter pathophysiologischen Bedingungen.

In der Tat führte die Verabreichung von Acetyl-L-Carnitin 3 g/Tag über 5 Monate bei HIV-seropositiven Patienten zu einem zehnfachen Anstieg der IGF-1-Konzentration im Serum. Umgekehrt hatte weder eine 3-wöchige LC-Supplementierung bei gesunden, freizeitlich gewichtstrainierten Männern noch eine 24-wöchige LC-Supplementierung bei älteren Frauen einen Einfluss auf die zirkulierende IGF-1-Konzentration. Die verschiedenen Effekte könnten auf die unterschiedlichen IGF-1-Spiegel zurückzuführen sein, die bei den HIV-seropositiven Patienten deutlich niedriger waren als bei den gesunden Probanden. Darüber hinaus veränderte eine 8-wöchige LC-Supplementierung bei gesunden älteren Probanden nicht die Gesamtmenge und die Menge der phosphorylierten mTOR-, S6K- und 4E-BP-Proteine im M. vastus lateralis. Es muss hervorgehoben werden, dass der TC-Wert des Ratten-Skelettmuskels nach einer 4-wöchigen LC-Supplementierung um 50-70% ansteigt, wohingegen eine vergleichbare Erhöhung in Humanstudien nie beobachtet wurde, auch nicht nach 24 Wochen Supplementierung.

Körperzusammensetzung

Diese Ergebnisse deuten insgesamt darauf hin, dass eine verlängerte LC-Supplementierung die Körperzusammensetzung unter bestimmten Bedingungen beeinflussen könnte.

Fettleibigkeit

Eine kürzlich durchgeführte Meta-Analyse fasste Studien zusammen, die sich auf eine LC-Supplementierung über einen längeren Zeitraum (Median 3 Monate) konzentrierten. Die gepoolten Ergebnisse zeigten eine signifikante Gewichtsreduktion nach einer LC-Supplementierung, aber die Untergruppenanalyse ergab keine signifikante Wirkung von LC auf das Körpergewicht bei Personen mit einem Body-Mass-Index (BMI) unter 25 kg/m2. Die Autoren schlugen daher vor, dass eine LC-Supplementierung bei fettleibigen und übergewichtigen Personen wirksam sein könnte. Überraschenderweise zeigten Interventionen, die länger als 24 Wochen dauerten, keinen signifikanten Effekt auf den BMI.

Training

Es wurde angenommen, dass eine Kombination aus LC-Supplementierung und erhöhtem Energieverbrauch die Körperzusammensetzung positiv beeinflussen könnte. Allerdings hat die LC-Supplementierung weder mit aerobem noch mit Widerstandstraining einen erfolgreichen Endpunkt erreicht. Ein sechswöchiges Ausdauertraining (fünfmal pro Woche, 40 Minuten auf einem Fahrradergometer bei 60 % maximaler Sauerstoffaufnahme) in Verbindung mit einer LC-Supplementierung (4 g/Tag) hat bei gesunden männlichen Probanden (% Körperfett 17,9 ± 2,3 zu Beginn der Studie) keinen positiven Effekt auf den Fettstoffwechsel. Auch bei fettleibigen Frauen wurde ein fehlender Effekt von LC festgestellt. Eine achtwöchige Supplementierung (2 g/Tag) in Kombination mit aerobem Training (3 Sitzungen pro Woche) hatte keine signifikanten Auswirkungen auf das Körpergewicht, den BMI und die tägliche Nahrungsaufnahme bei fettleibigen Frauen.

In der kürzlich durchgeführten Studie wurde eine LC-Supplementierung von 2 g/Tag in Kombination mit einem Widerstandstrainingsprogramm (4 Tage/Woche) bei gesunden Männern (Altersbereich 18-40 Jahre) über 9 Wochen durchgeführt. Die mittels Dual-Energy-Röntgenabsorptiometrie ermittelte Körperzusammensetzung zeigte keine signifikanten Auswirkungen auf die Fettmasse und die fettfreie Masse durch die Supplementierung. Außerdem hatte die LC-Gabe keinen Einfluss auf die Ergebnisse beim Bankdrücken. Die Anzahl der Wiederholungen beim Beinpressen und das Hubvolumen des dritten Satzes beim Beinpressen nahmen in der LC-Gruppe im Vergleich zur Placebo-Gruppe zu. Der unterschiedliche LC-Effekt in den Gliedmaßen könnte mit den höheren Glykogenolyseraten bei Armübungen mit der gleichen relativen Intensität wie bei Beinübungen zusammenhängen.

Sarkopenie

Im Alter kommt es zu einem beschleunigten Proteinkatabolismus, der mit Muskelschwund verbunden ist. LC könnte durch die Hemmung des proteolytischen Weges die Menge der Proteinspeicherung erhöhen. Eine sechsmonatige LC-Supplementierung erhöhte die fettfreie Masse und reduzierte die Gesamtkörperfettmasse bei Hundertjährigen. Diese Wirkung wurde bei älteren Frauen (65-70 Jahre) nach einem ähnlichen Zeitraum der Supplementierung nicht beobachtet. Die Wirksamkeit der LC-Supplementierung könnte auf die altersabhängige Verteilung der Sarkopenie zurückzuführen sein. Die Prävalenz der Sarkopenie steigt mit dem Alter steil an und erreicht 31,6 % bei Frauen und 17,4 % bei Männern über 80 Jahren. Bei Probanden unter 70 Jahren wurden zwar Prä-Sarkopenie-, nicht aber Sarkopenie-Symptome festgestellt.

Oxidatives Ungleichgewicht und Muskelkater

Muskelschäden können bei sportlicher Betätigung auftreten, insbesondere bei exzentrischen Übungen. Bei der Beseitigung von geschädigtem Gewebe helfen freie Radikale, die von Neutrophilen produziert werden. Neben anderen Reaktionen auf sportliche Betätigung werden daher auch Neutrophile in den Blutkreislauf freigesetzt. Während die von den Neutrophilen produzierten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) eine wichtige Rolle beim Abbau von geschädigten Fragmenten des Muskelgewebes spielen, können die im Übermaß produzierten ROS auch zu oxidativem Stress beitragen (für eine Übersicht siehe .

Auf der Grundlage der Annahme, dass LC die Zellmembranen vor oxidativem Stress schützen kann, wurde die Hypothese aufgestellt, dass eine LC-Supplementierung trainingsinduzierte Muskelschäden abmildern und die Erholung nach dem Training verbessern würde. Da der LC-Plasmaspiegel nach einer 2-wöchigen Supplementierung ansteigt, können kurze Supplementierungsprotokolle als wirksam für die Abschwächung von Muskelkater nach dem Training angesehen werden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine 3-wöchige LC-Supplementierung in einer Menge von 2-3 g/Tag die Schmerzen wirksam lindert. Mit Hilfe der Magnetresonanztomographie wurde gezeigt, dass die Muskelzerstörung nach anstrengender körperlicher Betätigung durch die LC-Supplementierung verringert wurde. Dieser Effekt ging mit einer signifikanten Verringerung der freigesetzten zytosolischen Proteine wie Myoglobin und Kreatinkinase sowie einer Abschwächung des Plasmamarkers für oxidativen Stress – Malondialdehyd – einher. Darüber hinaus ergab eine 9-wöchige LC-Supplementierung in Verbindung mit Widerstandstraining einen signifikanten Anstieg der zirkulierenden antioxidativen Gesamtkapazität und der Glutathionperoxidase-Aktivität sowie eine Abnahme der Malondialdehyd-Konzentration.

Risiken von TMAO

Im Jahr 1984 zeigten Rebouche et al., dass Ratten, die oral radioaktiv markiertes LC erhielten, dieses zu γ-Butyrobetain (bis zu 31 % der verabreichten Dosis, primär im Kot vorhanden) und TMAO (bis zu 23 % der verabreichten Dosis, primär im Urin vorhanden) metabolisierten. Im Gegensatz dazu wurden diese Metaboliten bei Ratten, die das Isotop intravenös erhielten, und bei keimfreien Ratten, die den Tracer oral erhielten, nicht gebildet, was darauf hindeutet, dass oral aufgenommenes LC teilweise von den Mikroorganismen des Darms abgebaut wird. Ähnliche Beobachtungen wurden in späteren Studien am Menschen gemacht, wobei der TMAO-Spitzenwert im Serum innerhalb weniger Stunden nach oraler Verabreichung des Tracers erreicht wurde. Eine längere LC-Behandlung erhöht das Nüchternplasma-TMAO. Eine dreimonatige orale LC-Supplementierung bei gesunden Frauen im fortgeschrittenen Alter führte zu einem zehnfachen Anstieg des Nüchternplasma-TMAO, und dieser Wert blieb während der weiteren drei Monate der Supplementierung erhöht. Vier Monate nach Beendigung der LC-Supplementierung erreichte die TMAO-Konzentration im Plasma die Konzentration vor der Supplementierung, die in den folgenden acht Monaten stabil blieb.

Im Jahr 2011 schlugen Wang et al. vor, dass TMAO ein pro-atherogener Faktor ist. Da eine Ernährung mit einem hohen Anteil an rotem Fleisch stark mit Herzerkrankungen und Sterblichkeit in Verbindung gebracht wird, wurde LC als der Nährstoff aus rotem Fleisch vorgeschlagen, der für die Förderung von Atherosklerose verantwortlich ist. Als mögliches Bindeglied zwischen dem Verzehr von rotem Fleisch und dem steigenden Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen wurde TMAO genannt. Zahlreiche spätere Studien haben den Zusammenhang zwischen erhöhten TMAO-Plasmaspiegeln und einem höheren Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse gezeigt. Die jüngsten Meta-Analysen zeigten, dass bei Patienten mit hohen TMAO-Plasmaspiegeln die Inzidenz größerer kardiovaskulärer Ereignisse signifikant höher war als bei Patienten mit niedrigen TMAO-Spiegeln, und dass die Gesamtmortalität um 7,6 % pro 10 μmol/L TMAO-Anstieg zunahm.

Da rotes Fleisch besonders reich an LC ist, zeigte sich bei gesunden Erwachsenen ein signifikanter Anstieg der Plasma- und Urin-TMAO-Spiegel nach einer 4-wöchigen, mit rotem Fleisch angereicherten Diät. Der Anstieg der TMAO-Werte im Plasma war im Durchschnitt dreimal so hoch wie bei einer Ernährung mit weißem Fleisch oder ohne Fleisch. Umgekehrt hatte der gewohnheitsmäßige Verzehr von rotem, verarbeitetem oder weißem Fleisch keinen Einfluss auf die TMAO-Werte im Plasma der erwachsenen deutschen Bevölkerung. In ähnlicher Weise wurde in einer europäischen Multicenterstudie nach dem Verzehr von rotem und verarbeitetem Fleisch ein geringfügiger Anstieg von TMAO im Plasma beobachtet.

Im vorigen Jahrhundert war die hervorgehobene Funktion von TMAO die Stabilisierung von Proteinen gegen verschiedene Umweltstressfaktoren, einschließlich hohem hydrostatischem Druck. Es wurde gezeigt, dass TMAO in Meerestieren weit verbreitet ist, wobei die Konzentration im Gewebe proportional zur Tiefe der natürlichen Umgebung der Fische zunimmt. Folglich hat die Aufnahme von Fisch und Meeresfrüchten einen großen Einfluss auf den TMAO-Gehalt im menschlichen Körper und erhöht auch die TMAO-Konzentration im Plasma erheblich. Daher erscheint der Zusammenhang zwischen TMAO im Plasma und dem Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen paradox, denn mehr Fisch in der Ernährung verringert dieses Risiko.

Nicht nur eine veränderte Ernährung kann den TMAO-Plasmaspiegel beeinflussen. Bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung wird TMAO nicht mit dem Urin ausgeschieden, was zu einem Anstieg der Plasmakonzentration führt. Daher wurde ein höherer TMAO-Plasmaspiegel beim Menschen als Marker für eine Nierenschädigung vorgeschlagen. Es ist erwähnenswert, dass Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Nierenerkrankungen eng miteinander verbunden sind und dass eine verminderte Nierenfunktion stark mit Morbidität und Mortalität bei Patienten mit Herzinsuffizienz assoziiert ist. Darüber hinaus wird eine verringerte TMAO-Ausscheidung mit dem Urin mit einer salzreichen Ernährung in Verbindung gebracht, was die TMAO-Konzentration im Plasma erhöht.

Der Zusammenhang zwischen TMAO und chronischen Erkrankungen kann unklar sein und mit der Nierenfunktion, einer gestörten Darm-Blut-Schranke oder dem Genotyp der Flavin-haltigen Monooxygenase 3 zusammenhängen. Daher bleibt unklar, ob TMAO ein atherogener Faktor ist, der für die Entwicklung und das Fortschreiten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verantwortlich ist, oder lediglich ein Marker für eine unterschwellige Pathologie.

Nebenwirkungen

Gelegentlich können oral verabreichte Carnitinpräparate Sodbrennen oder Dyspepsie verursachen. Bei einer Dosis von 6 g/Tag über einen Zeitraum von 12 Monaten wurden bei Patienten mit akutem Vorderwandinfarkt oder bei einer Dosis von 1,274 g/Tag (Bereich 0,3-3 g/Tag) und einer Dauer von 348 Tagen (Bereich 93-744 Tage) bei Patienten mit Leberzirrhose keine unerwünschten Ereignisse im Zusammenhang mit der Verabreichung von LC festgestellt. Hathcock und Shao fassen das mit einer LC-Supplementierung verbundene Risiko zusammen und weisen darauf hin, dass eine Zufuhr von bis zu 2 g/Tag für eine chronische Supplementierung sicher ist.

Obwohl die optimale Dosis einer LC-Supplementierung bei Myokardinfarkt 3 g/Tag beträgt, was die Gesamtmortalität betrifft, erhöht selbst eine geringere LC-Zufuhr den Nüchternplasma-TMAO-Wert, der nach einer dreimonatigen Supplementierung zehnmal höher ist als bei der Kontrolle. Es ist erwähnenswert, dass Bakalov et al., die die Datenbank der Europäischen Arzneimittelagentur über vermutete unerwünschte Arzneimittelwirkungen analysierten, 143 Fälle in Bezug auf LC feststellten.