Carnitine

Carnitine là một hợp chất amoni bậc bốn tham gia vào quá trình trao đổi chất ở hầu hết các động vật có vú, thực vật và một số vi khuẩn, để cung cấp năng lượng. Trong bài viết này, Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) xin gửi đến bạn đọc những thông tin về tính chất, vai trò cũng như ứng dụng của Carnitine.

1 Tổng quan 

1.1 Lịch sử của Carnitine

Carnitine lần đầu tiên được phát hiện trong chiết xuất cơ bắp, độc lập bởi Gulewitsch và Krimberg và bởi Kutscher, vào năm 1905, và cấu trúc chính xác được chỉ định vào năm 1927 bởi Tomita và Sendju.

Từ năm 1948 đến năm 1952, Fraenkel và cộng sự đã chứng minh bản chất thiết yếu của hợp chất này đối với giun ăn, Tenebrio molitor và gán thuật ngữ "vitamin BT" cho carnitine.

Vai trò của carnitine trong quá trình oxy hóa axit béo được phát hiện độc lập bởi Bremer, và bởi Fritz và Yue, từ năm 1962 đến 1963.

Nguồn gốc của các nhóm methyl carnitine được Wolf và Berger và Bremer xác định vào năm 1961, và nguồn gốc của chuỗi cacbon carnitine từ axit amin thiết yếu Lysine được Tanphaichitr và cộng sự báo cáo lần đầu tiên vào năm 197.

Các hội chứng lâm sàng liên quan đến thiếu hụt carnitine lần đầu tiên được báo cáo bởi Engel và cộng sự vào năm 1973 và 1975, và thiếu hụt carnitine toàn thân nguyên phát liên quan cụ thể đến khiếm khuyết trong vận chuyển carnitine đã được Treem và cộng sự xác định vào năm 1988 

1.2 Carnitine là gì?

Carnitine là một hợp chất amoni bậc bốn tham gia vào quá trình trao đổi chất ở hầu hết các động vật có vú, thực vật và một số vi khuẩn

Để hỗ trợ chuyển hóa năng lượng, carnitine vận chuyển các axit béo chuỗi dài từ cytosol vào ty thể để oxy hóa để sản xuất năng lượng tự do, và cũng tham gia vào việc loại bỏ các sản phẩm trao đổi chất khỏi tế bào

Với vai trò trao đổi chất quan trọng của nó, carnitine tập trung trong các mô như cơ xương và cơ tim chuyển hóa axit béo như một nguồn năng lượng

1.3 Tên gọi danh pháp

Mã ATC: A16AA01

Tên IUPAC; 3-hydroxy-4-(trimethylazaniumyl)butanoate

Số CAS; 406-76-8

Tên gọi khác: DL-Carnitine; Carnitine; 406-76-8; L(-)-Carnitine; 461-06-3

1.4 Cấu tạo của Carnitine

CTCT: C7H15NO3

Khối lượng phân tử: 161.201 g/mol

Carnitine là một betaine axit amin được thay thế butanoate bằng nhóm hydroxy ở vị trí C-3 và nhóm trimethylammonium ở C-4

Nó tồn tại trong hai đồng phân lập thể: L-carnitine, dạng hoạt tính sinh học và D-carnitine, dạng không hoạt tính sinh học có thể gây hại.

Ở nhiệt độ phòng, carnitine nguyên chất là một loại bột màu trắng và là một loại zwitterion hòa tan trong nước với độc tính tương đối thấp

2 Nguồn cung cấp Carnitine

Carnitine (β-hydroxy-γ-N-trimethylaminobutyric acid) phân bố rộng rãi trong thực phẩm từ các nguồn động vật nhưng có sẵn hạn chế trong thực vật. Ở người, 75% carnitine được lấy từ chế độ ăn uống, còn lại là từ phản ứng nội sinh trong cơ thể

2.1 Bổ sung từ chế độ ăn uống

Carnitine có mặt trong các sản phẩm động vật, đặc biệt là thịt đỏ. Gia cầm, cá và thực phẩm từ sữa cũng cung cấp một số carnitine, nhưng rau, trái cây và ngũ cốc cung cấp lượng không đáng kể

Carnitine có sẵn trong các chất bổ sung chế độ ăn uống chỉ chứa carnitine hoặc kết hợp carnitine và các thành phần khác.

Hai dạng carnitine chính trong các chất bổ sung chế độ ăn uống là L-carnitine và acetyl-L-carnitine, và số lượng dao động từ khoảng 3 mg đến 5.000 mg.

2.2 Tổng hợp nội sinh 

Lượng Carnitine do cơ thể tổng hợp chiếm là khoảng 14% đến 18% nhu cầu Carnitine. 

Carnitine không thu được từ thực phẩm được tổng hợp nội sinh từ hai axit amin thiết yếu, lysine và methionine; xảy ra ở thận, gan và não 

Với cấu trúc là 1 một axit amin không thiết yếu phân nhánh, Carnitine được tổng hợp từ các axit amin thiết yếu lysine và Methionine.

Axit ascorbic, Sắt, pyroxidine và niacin cũng là những đồng yếu tố cần thiết và sự thiếu hụt của bất kỳ yếu tố nào trong số này có thể dẫn đến thiếu carnitine.

Con đường tổng hợp ở động vật có vú là methyl hóa lysine bằng enzyme đặc hiệu để tạo thành trimethyllysine như một sửa đổi sau dịch mã của quá trình tổng hợp protein 

Trimethyllysine trải qua bốn phản ứng enzyme trong quá trình sinh tổng hợp L-carnitine nội sinh

3 Đặc điểm động học của Carnitine

Sự hấp thụ carnitine có thể liên quan đến sự kết hợp của vận chuyển chủ động và khuếch tán thụ động qua hàng rào niêm mạc ruột.  

Sự xâm nhập tương đối nhanh chóng của carnitine vào tế bào ruột từ môi trường phát quang, nhưng xuất hiện rất chậm trong môi trường huyết thanh

Carnitine tập trung ở hầu hết các mô của cơ thể. Ở người, nồng độ carnitine nội bào trong cơ xương và gan lần lượt cao hơn khoảng 76 và 50 lần so với chất lỏng ngoại bào ( ̃50 µmol/L). Khoảng 97% tổng số carnitine trong cơ thể nằm trong cơ xương.

Sáu chất vận chuyển carnitine đã được xác định: ba chất vận chuyển cation hữu cơ OCTN1, OCTN2 và OCTN3; một chất vận chuyển carnitine, CT2; một chất vận chuyển anion hữu cơ, Oat9S; và một chất vận chuyển axit amin, ATB0,+

Khoảng 63% đến 75% carnitine được hấp thụ từ chế độ ăn tạp bình thường.
Phần còn lại gần như bị phân hủy hoàn toàn bởi vi khuẩn trong ruột già.

Các sản phẩm phân hủy hữu cơ chính của carnitine là trimethylamine (được bài tiết qua nước tiểu dưới dạng oxit trimethylamine) và γ-butyrobetaine (được bài tiết chủ yếu qua phân).

Carnitine không bị phân hủy bởi các enzyme có nguồn gốc động vật 

4 Vai trò sinh hóa của Carnitine 

4.1 Vai trò có lợi

4.1.1 Tăng cường dự trữ ATP và cung cấp năng lượng 

Khi được bổ sung creatine ngoại sinh, lượng creatine dự trữ trong cơ và não cũng như dạng phosphoryl hóa của nó, phosphocreatine, sẽ tăng cao. Sự gia tăng lượng dự trữ này có thể mang lại lợi ích trị liệu bằng cách ngăn chặn sự suy giảm ATP, kích thích tổng hợp protein hoặc giảm sự thoái hóa protein và ổn định màng sinh học

Carnitine có thể đệm acetyl-CoA dư thừa trong ty thể, do đó làm giảm nó và điều này thúc đẩy hoạt động của pyruvate dehydrogenase (PDH). Hoạt động PDH nhiều hơn, quá trình oxy hóa Glucose nhanh hơn, sản xuất ít sữa hơn và sản xuất nhiều ATP và CO2 hơn.

4.1.2 Vận chuyển acid béo 

Carnitine có liên quan đến việc vận chuyển axit béo qua màng ty thể, bằng cách tạo thành một este acetylcarnitine chuỗi dài và được vận chuyển bởicarnitine palmitoyltransferase I vàcarnitine palmitoyltransferase II

Carnitine cũng đóng một vai trò trong việc ổn định Acetyl-CoA và mức coenzyme A thông qua khả năng nhận hoặc cung cấp một nhóm acetyl.

Tuy nhiên, việc bổ sung carnitine không cải thiện mức tiêu thụ oxy hoặc các chức năng trao đổi chất khi tập thể dục, cũng như không làm tăng lượng carnitine trong cơ bắp.

Không có bằng chứng nào cho thấy L-carnitine ảnh hưởng chuyển hóa chất béo hoặc hỗ trợ giảm cân.

4.1.3 Cái thiện chất lượng tinh trùng và tinh dịch 

Hàm lượng carnitine trong tinh dịch có liên quan trực tiếp đến số lượng tinh trùng và khả năng vận động, cho thấy rằng hợp chất này có thể có giá trị trong điều trị vô sinh nam giới.

4.1.4 Cải thiện chức năng của tim 

Mặc dù có một số bằng chứng từ phân tích tổng hợp rằng bổ sung L-carnitine đã cải thiện chức năng tim ở những người có suy tim, không có đủ nghiên cứu để xác định hiệu quả tổng thể của nó trong việc giảm nguy cơ hoặc điều trịcác bệnh tim mạch.

4.1.5 Cải thiện triệu chứng của tiểu đường

Chỉ có sơ bộ nghiên cứu lâm sàng để chỉ ra việc sử dụng bổ sung L-carnitine để cải thiện các triệu chứng của bệnh tiểu đường loại 2, chẳng hạn như cải thiệndung nạp glucose hoặc giảm mức máu nhanh glucose.

4.1.6 Các tác dụng khác

Acetyl-L-carnitine có thể có đặc tính chống lo âu bằng cách ức chế giải phóng glutamate thông qua việc điều chỉnh tăng thụ thể tự động glutamate, Glut2, biểu hiện

Carnitine cũng giúp vận chuyển một số hợp chất độc hại ra khỏi ty thể

Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung l-carnitine liều cao (thường được tiêm) có thể hỗ trợ quản lý thiếu máu ở suy thận.

4.2 Vai trò gây hại 

4.2.1 Carnitine thúc đẩy quá trình oxy hóa chất béo 

Quá trình oxy hóa beta rối loạn chức năng gây ra bệnh tiểu đường. Cho thêm carnitine không cải thiện quá trình oxy hóa beta.

Làm những việc như hạn chế calo và tim mạch để tăng quá trình phân giải mỡ và oxy hóa chất béo chỉ làm tăng quá trình oxy hóa axit béo ty thể không hoàn chỉnh (R).

Điều này dẫn đến tình trạng kháng Insulin, tích tụ lipid và sự gia tăng tiếp theo trong việc tạo ra các loại oxy phản ứng (ROS), căng thẳng oxy hóa và viêm.

4.2.2 Carnitine có thể thúc đẩy dòng electron ngược

Carnitine quá nhiều có thể giúp thúc đẩy PDH trong ngắn hạn, nhưng về lâu dài, nó có thể dẫn đến sự tích tụ NADH, điều này sẽ ngăn chặn PDH một lần nữa

4.2.3 Carnitine là pro-cortisol

Carnitine có tác dụng pro-cortisol vì tiêm acetyl-L-carnitine làm tăng nồng độ cortisol. L-Carnitine cũng có thể kích hoạt thụ thể cortisol alpha (GRα). Thông qua cơ chế này, nó có thể điều chỉnh các gen đáp ứng với glucocorticoid, có khả năng chia sẻ một số tính chất sinh học của glucocorticoid

4.2.4 Cần thiết cho sự dẻo dai của quá trình trao đổi chất ung thư

Hệ thống carnitine là một trung gian quan trọng trong sự dẻo dai của quá trình trao đổi chất ung thư, đan xen các con đường, yếu tố và chất chuyển hóa chính cung cấp nhu cầu năng lượng và sinh tổng hợp cho các tế bào ung thư

Tính dẻo chuyển hóa làm cho các tế bào ung thư hung hăng hơn và có thể di căn. Các con đường gây ung thư, sự sẵn có của chất dinh dưỡng và môi trường vi mô ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa tế bào.

5 Nhu cầu Carnitine của cơ thể

5.1 Nhu cầu 

Như một ví dụ về sự tổng hợp bình thường, một người 70 kg (150 lb) sẽ sản xuất 11–34 mg carnitine mỗi ngày. Người lớn ăn chế độ ăn hỗn hợp củathịt đỏ và những loại khácCác sản phẩm động vật tiêu thụ khoảng 60–180 mg carnitine mỗi ngày, trong khi những người ăn chay tiêu thụ khoảng 10–12 mg mỗi ngày.

Hầu hết (54–86%) carnitine thu được từ chế độ ăn uống được hấp thụ trong ruột non trước khi đi vào máu. Tổng hàm lượng carnitine trong cơ thể là khoảng 20 gram (0,71 oz) ở một người nặng 70 kg (150 lb), với gần như tất cả được chứa trong các tế bào cơ xương.  Carnitine chuyển hóa với tốc độ khoảng 400 μmol (65mg) mỗi ngày, một lượng nhỏ hơn 1% tổng lượng dự trữ trong cơ thể

5.2 Thiếu Carnitine

Có hai loại trạng thái thiếu carnitine: nguyên phát và thứ phát 

5.2.1 Thiếu hụt carnitine nguyên phát 

Thiếu hụt carnitine nguyên phát là một rối loạn di truyền của hệ thống vận chuyển carnitine tế bào gây ra sự thiếu hụt carnitine trong tế bào. 

Thiếu hụt carnitine nguyên phát thường xuất hiện trong giai đoạn sơ sinh hoặc thời thơ ấu. 

Nó có thể dẫn đến động kinh và bệnh não ở trẻ sơ sinh; co giật, nhịp tim không đều và các vấn đề về hô hấp ở thanh thiếu niên và thanh niên; và bệnh cơ, tiêu cơ vân, bệnh cơ tim hoặc đột tử ở người lớn tuổi. 

Mặc dù một số người bị thiếu carnitine nguyên phát không có triệu chứng, nhưng tất cả những người bị ảnh hưởng đều có nguy cơ suy tim, rối loạn gan và hôn mê.

5.2.2 Thiếu hụt carnitine thứ phát 

Thiếu hụt carnitine thứ phát là kết quả của một số rối loạn nhất định (như suy thận mãn tính) làm giảm tổng hợp carnitine nội sinh hoặc tăng bài tiết của nó hoặc từ việc sử dụng mãn tính các loại thuốc có chứa pivalate làm giảm sự hấp thụ carnitine hoặc tăng bài tiết của nó.

Các dấu hiệu và triệu chứng của tình trạng thiếu carnitine thứ phát bao gồm bệnh não tăng ammonemic (malaise, co giật và giảm ý thức do nồng độ amoniac tăng), hạ đường huyết, hạketonemia (mức ketone trong máu thấp), aciduria dicarboxylic (tăng nồng độ axit dicarboxylic trong nước tiểu), tăng aciduric máu (thừa axit uric dư trong máu), yếu cơ, myoglobin niệu (thừa myoglobin trong nước tiểu), bệnh cơ tim và tử vong đột ngột.

5.2.3 Xử trí thiếu Carnitine

Thiếu carnitine nguyên phát và thứ phát có thể được giải quyết bằng liều cao (20–200 mg/kg/ngày) carnitine bổ sung.

5.3 Các nhóm có nguy cơ bị thiếu Carnitine

Các nhóm sau đây nằm trong số những nhóm có nhiều khả năng có tình trạng carnitine không đầy đủ.

Trẻ sinh non

Trẻ sinh non có nhu cầu tăng trưởng cao nhưng có lượng dự trữ carnitine thấp và khả năng tổng hợp chất dinh dưỡng này không đủ. 

Trẻ sinh non có thể cần bổ sung carnitine ngoài carnitine được cung cấp trong sữa mẹ và sữa bột tăng cường cho trẻ sơ sinh.

Nhiều công thức đường ruột và đường tiêm cho trẻ sinh non được bổ trợ L-carnitine để cải thiện chuyển hóa lipid và thúc đẩy tăng cân. 

Tuy nhiên, Đánh giá của Cochrane về sáu thử nghiệm lâm sàng ngẫu nhiên ở trẻ sơ sinh cần dinh dưỡng đường tiêm (nhiều người trong số họ sinh non) đã không hỗ trợ việc sử dụng carnitine đường tiêm để cải thiện việc sử dụng lipid hoặc tăng cân.

Những người bị thiếu carnitine thứ phát do bệnh thận giai đoạn cuối, chạy thận nhân tạo hoặc cả hai

Cân bằng nội môi carnitine ở những người mắc bệnh thận có thể bị suy yếu do giảm tổng hợp và tăng cường đào thải carnitine qua thận. 

Các bệnh về thận cũng có thể làm giảm lượng carnitine từ thức ăn vì bệnh nhân thường kém ăn và tiêu thụ ít sản phẩm động vật hơn. 

Nhiều bệnh nhân mắc bệnh thận giai đoạn cuối, đặc biệt là những người đang chạy thận nhân tạo, trở nên thiếu carnitine.

Nồng độ carnitine trong máu và cơ bắp thấp có thể góp phần gây thiếu máu, yếu cơ, mệt mỏi, thay đổi mức độ chất béo trong máu và rối loạn tim. 

Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng liều cao carnitine bổ sung (thường được tiêm) cho bệnh nhân chạy thận nhân tạo duy trì có thể điều chỉnh một số hoặc tất cả các triệu chứng này.

6 Tương tác và độc tính của Carnitine 

6.1 Tương tác 

Kháng sinh liên hợp pivalate như pivampicillin: Sử dụng mãn tính các loại kháng sinh này làm tăng bài tiết pivaloyl-carnitine, có thể dẫn đến sự suy giảm carnitine.

Điều trị với thuốc chống co giật axit valproic, Phenobarbital, Phenytoin hoặc Carbamazepine làm giảm đáng kể nồng độ carnitine trong máu.

6.2 Tác dụng phụ 

Khi uống với lượng khoảng 3 gram mỗi ngày, carnitine có thể gây ra buồn nôn, nôn mửa, chuột rút bụng, tiêu chảy, và mùi cơ thể có mùi như cá.

Các tác dụng phụ có thể xảy ra khác bao gồm phát ban da, yếu cơ, hoặc co giật ở những người có động kinh.

7 Sản phẩm bổ sung Carnitine

Carnitine chủ yếu được cung cấp dưới 2 dạng chính: :L-Carnitine và Acetyl Carnitine; thường được dùng trong:

Thuốc tiêm; viên nén chứa Carnitine để điều trị thiếu hụt Carnitine 

Dung dịch truyền đạm cho người bị suy thận có chỉ định kiêng protein.

Các loại thực phẩm chức năng; bảo vệ sức khỏe và công thức bột năng lượng cho người luyện tập thể thao.

8 Tài liệu tham khảo

1. Stephanie E. Reuter và Allan M. Evans (Ngày đăng: tháng 12 năm 2012). Carnitine and Acylcarnitines, Clinical Pharmacokinetics. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2023. 

2. J J Bahl, R Bressler (Ngày đăng: Năm 1987). The Pharmacology of Carnitine, Annual Review of Pharmacology and Toxicology. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2023. 

3. National Center for Biotechnology Information (Ngày cập nhập: năm 2023). Carnitine, PubChem. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2023. 

4, Longo và cộng sự (Ngày đăng: Năm 2006). Disorders of carnitine transport and the carnitine cycle, American Journal of Medical Genetics. Truy cập ngày 19 tháng 10 năm 2023.