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L-Carnitin

L-Carnitin wird zu den vitaminähnlichen Substanzen (Vitaminoide) gezählt.

Struktureller Aufbau von L-Carnitin

L-Carnitin ist eine wasserlösliche (hydrophile) Verbindung mit einem zentralen Stickstoffatom und vier daran gebundene Reste [3-5, 10, 12]. Neben L-Carnitin existiert auch D-Carnitin, welches aber keine große Bedeutung hat, da L-Carnitin nahezu überall (ubiquitär) in der Natur vorkommt und metabolisch (den Stoffwechsel betreffend) aktiv ist [3].

Vorkommen in Lebensmitteln

L-Carnitin ist natürlicherweise sowohl in pflanzlichen als auch tierischen Lebensmitteln enthalten. Tierische Produkte, vor allem Fleisch wie Schaf-, Lamm- und Rindfleisch weisen deutlich höhere Mengen als Nahrungsmittel pflanzlichen Ursprungs auf [5, 6]. Während bei einer üblichen Mischkost täglich etwa 32 Milligramm Carnitin aufgenommen werden, beträgt die durchschnittliche Zufuhrmenge bei Vegetariern nur 2 Milligramm pro Tag [5, 6, 10].

Funktionen

L-Carnitin fungiert innerhalb der Zelle (Intrazellulär) hauptsächlich als "Biocarrier" und ist für den Transport langkettiger Fettsäuren vom Cytosol in die Mitochondrien zuständig. Bei diesem Prozess wird L-Carnitin nicht "verbraucht", sondern regeneriert, um seine Funktion als Transporter erneut wahrnehmen zu können [3, 5, 6, 8, 10].

Körpereigene L-Carnitin-Synthese

Der Mensch ist in der Lage, L-Carnitin in Gehirn, Niere und insbesondere in der Leber selbst herzustellen (synthetisieren) [5, 6, 12]. Bei gesunden Personen erfolgt die körpereigene (endogene) Carnitin-Synthese mit 15-18 Milligramm pro Tag in bedarfsdeckenden Mengen. Damit stellt das Vitaminoid für den Menschen keinen lebensnotwendigen (essentiellen) Nährstoff dar [5, 10].

Neben Lysin und Methionin werden für die Biosynthese von L-Carnitin auch Vitamin C, Niacin und Pyridoxin sowie das Spurenelement Eisen benötigt [1-3, 5, 9-12]. Ausgehend von proteingebundenem Lysin erfolgt die Carnitin-Biosynthese über eine Reihe von Zwischenstufen [1, 11]. 

Einflussfaktoren einer verminderten L-Carnitin-Synthese

Eine ungenügende Zufuhr der essentiellen Aminosäuren Lysin und Methionin sowie der Mikronährstoffe Niacin, Pyridoxin, Vitamin C und Eisen vermindert die körpereigene L-Carnitin-Synthese und führt bei fleischarmer Kost schon frühzeitig zu einer Carnitin-Verarmung der Muskulatur, die sich klinisch in Form von Müdigkeit und Schwäche äußern kann [2, 3].

L-Carnitin-Versorgung bei Früh- und Neugeborenen

Bei Früh- und Neugeborenen ist die körpereigene L-Carnitin-Synthese noch nicht vollständig ausgereift und die Rückresorption durch die Nierenkanälchen (tubuläre Reabsorption) von L-Carnitin unzureichend. Werden Kinder dieser Altersgruppe künstlich unter Umgehung des Magen-Darm-Traktes (parenteral) ohne Carnitin-Zusatz ernährt oder mit einer Säuglingsnahrung auf Sojabasis gefüttert liegt eine mangelhafte exogene Zufuhr des Vitaminoids vor. Daher ist in diesen Fällen eine zusätzliche L-Carnitin-Einnahme durch Nahrungsergänzungen sinnvoll. Im Gegensatz dazu liefert die Muttermilch mit 50-100 Nanomol pro Milliliter ausreichende Mengen an L-Carnitin [5, 6, 10, 12].

Aufnahme in den Körper

Die Aufnahme von L-Carnitin im oberen Dünndarm, vor allem im Leerdarm (Jejunum), erfolgt aktiv durch den Carnitin-Transporter (OCTN-2) und den Aminosäuretransporter (ATB (0,+)) [5, 7, 13]. Der Carnitin-Transporter ist ebenfalls für die Aufnahme des Vitaminoids in die Zielzellen verantwortlich [7, 13, 14]. Bei hohen Dosen wird L-Carnitin zusätzlich durch passive Diffusion resorbiert [5]. Die Bioverfügbarkeit von L-Carnitin aus der Nahrung wird auf 100 % geschätzt [3].

Verteilung im Körper

Der Gesamtbestand an L-Carnitin im Körper beträgt etwa 20-25 Gramm. Organe wie der Herz- und Skelettmuskel, Leber und Nieren, die ihren Energiebedarf vorrangig aus Fetten decken, weisen besonders hohe Carnitin-Gehalte auf. Das Vitaminoid ist zu 98 % in Herz- und Skelettmuskel gespeichert. Die restlichen Carnitin-Reserven befinden sich in Leber und Nieren [3, 5, 12]. In den Organen und Geweben kommt L-Carnitin sowohl in freier als auch in gebundener Form vor [3, 4].

Ausscheidung

Carnitin wird überwiegend über die Nieren ausgeschieden. Über 90 % der in den Nierenkanälchen filtrierten Menge gelangt zur Rückresorption und steht dem Organismus für erneute biochemische Prozesse zur Verfügung [5].

Folgende Faktoren hemmen die Rückresorption der Nierenkanälchen und erhöhen die Ausscheidung von L-Carnitin [5, 8, 10, 12]:

  • Erkrankungen, wie Diabetes mellitus
  • Metabolischer Stress nach großen Traumata und Operationen, ausgedehnten Verbrennungen und schweren Infektionen durch Bakterien, Viren oder Pilze
  • Hohe körperliche Belastungen, wie schwere körperliche Arbeit oder Leistungssport
  • Medikamente, insbesondere zur Behandlung epileptischer Krampfanfälle (Antikonvulsiva) wie Valproinsäure
  • Hungerzustand

Infolge vermehrter Carnitin-Verluste können die aufgeführten Faktoren zu einer Carnitin-Verarmung der Organe und Gewebe führen [5, 8, 10, 12]. Dadurch wird ein sekundärer Carnitin-Mangel hervorgerufen.

Erhöhter L-Carnitinbedarf Dialysepatienten

Patienten, die aufgrund eines chronischen Nierenversagens dialysepflichtig sind, weisen ein besonders hohes Risiko für eine Carnitin-Unterversorgung auf. Eine Blutwäsche (Hämodialyse) kann mit einem Carnitin-Verlust von bis zu 350 Milligramm einhergehen. Dieser Verlust übersteigt die körpereigene Synthese bei weitem und führt zu einem Abfall der Carnitin-Serumkonzentration um etwa 50 %.

Da dieser Carnitin-Verlust durch eine vermehrte Zufuhr über die Nahrung nicht ausgeglichen werden kann, ist die Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln (Supplementen) indiziert [5, 6]. Eine Supplementierung mit L-Carnitin verhindert den sonst zu beobachtenden Anstieg freier Fettsäuren im Serum. Diese Beobachtung bestätigt die Bedeutung des Vitaminoids für die Einschleusung langkettiger Fettsäuren in die Mitochondrien und den anschließenden Fettsäureabbau [6].

Literatur

  1. Bach A. (1982) Carnitine biosynthesis in mammals. Reprod Nutr Dev; 22(4): 583-96

  2. Biesalski H. K., Köhrle J., Schümann K. (2002) Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen. Georg Thieme Verlag, Stuttgart

  3. Biesalski H. K., Fürst P., Kasper H. et al. (2004) Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 3. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart

  4. Hahn A. (2001) Nahrungsergänzungsmittel. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart

  5. Hahn A., Ströhle A., Wolters M. (2006) Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart

  6. Kasper H. (2004) Ernährungsmedizin und Diätetik. 10. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München

  7. Klaassen C.D., Aleksunes L.M. (2010) Xenobiotic, bile acid, and cholesterol transporters: function and regulation. Pharmacol Rev; 62(1): 1-96

  8. Luppa D. (2004) Beteiligung von L-Carnitin an der Regulation des Fett- und Kohlenhydratstoffwechsels [Contribution of L-Carnitine in the Regulation of Metabolism of Lipids and Carbohydrates]. Klinische Sportmedizin/ Clinical Sports Medicine-Germany (KCS); 5(1): 25-34

  9. Otsuka M., Matzusawa M., Ha T.Y., Arakawa N. (1999) Contribution of a high dose of L-ascorbic acid to carnitine synthesis in guinea pigs fed high-fat diets. J Nutr Sci Vitaminol; 45: 163-71

  10. Pietrzik K., Golly I., Loew D. (2008) Handbuch Vitamine. Für Prophylaxe, Beratung und Therapie. Urban & Fischer Verlag, München

  11. Rebouche C.J., Engel A.G. (1980) Tissue distribution of carnitine biosynthetic enzymes in man. Biochim Biophys Acta; 630(1): 22-9

  12. Schmidt E. und Schmidt N. (2004) Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München

  13. Srinivas S.R., Prasad P.D., Umapathy N.S. et al (2007) Transport of buryryl-L-carnitine, a potential prodrug, via the carnitine transporter OCTN2 and the amino acid transporter ATB(0,+). Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol; 293(5): G1046-53

  14. Tamai I., Ohashi R., Nezu J. et al (1998) Molecular and functional identification of sodium ion-dependent, high affinity human carnitine transporter OCTN2. J Biol Chem; 273(32): 20378-82

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