L-Carnitina, las 4 funciones en el metabolismo

La L-carnitina es un metabolito esencial que desempeña una serie de papeles críticos en el metabolismo intermediario de todos los animales. De los dos estereoisómeros de carnitina, L- y D-carnitina, sólo L-carnitina (levocarnitina) es natural y biológicamente activa, y por esta razón Metabolik ha sido formulado para contener sólo L-carnitina pura.

La L-carnitina es, incluso sola, capaz de contrarrestar muchas de las alteraciones metabólicas encontradas típicamente durante el período de transición de la vaca: acumulación de ácidos grasos en el hígado, estrés oxidativo, hiperamonemia e inflamación.

El papel de la L-Carnitina en el metabolismo de las grasas

La función biológica más conocida e importante de la carnitina es el transporte de ácidos grasos del citoplasma a la matriz de las mitocondrias, donde son oxidados para la producción de energía a través de la β-oxidación.

Para ser metabolizado, en primer lugar, los ácidos deben unirse a la CoA para dar acetil-CoA, que es la forma activada de los ácidos grasos. El interior de la membrana de las mitocondrias es impermeable a los acetil-CoA por que deben unirse a la carnitina para que el acetil-carnitina resultante sea transportado a la matriz mitocondrial.

Esta translocación se produce a través de una serie de reacciones catalizadas por tres enzimas dependientes de carnitina que, juntos, representan el sistema de transporte de carnitina:

  • El grupo acilo esterificado a CoA se transfiere a carnitina por carnitina-palmitoiltransferasa 1 (CPT-1) ubicado en la membrana mitocondrial externa.
  • La acetil-carnitina es transportada al interior por una translocasa acetilcarnitina-carnitina (CACT), que media el intercambio transmembrana de acetil-carnitina para carnitina.
  • La acil-carnitina se convierte en acil-CoA mediante la carnitina-palmitoiltransferasa 2 (CPT-2) ubicada en la membrana mitondrial interna. El ácido graso ahora está esterificado a CoA dentro de la matriz mitocondrial y la carnitina libre se difunde al citosol a través de la membrana por la acción de la translocasa acetilcarninitina-carnitina.

Además de CPT-1 y CPT-2, la carnitina también es un sustrato para otras muchas acetiltransferasas dependientes de carnitina las cuales tienen diferentes distribuciones intracelulares y diferentes especificidades a lo largo de la cadena.Las carnitina-acetiltransferasas catalizan el intercambio de grupos acilo entre CoA y carnitina, metabolitos potencialmente tóxicos, facilitando el flujo mitocondrial de exceso de combustibles de carbono, lo cual modula la proporción de acetil-CoA / CoA en varios compartimentos intracelulares y, de esta manera, juega numerosos papeles cruciales en el metabolismo.

Debido a estas funciones reguladoras clave, la carnitina protege la función mitocondrial, y es indispensable para un metabolismo de la energía sano.

El hígado de rumiante no es capaz de exportar grasas de manera eficiente, como las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL), sin embargo, la β-oxidación hepática de los ácidos grasos es estimulada por la carnitina exógena, por lo que la administración de carnitina, por su capacidad para mejorar el catabolismo de las grasas, es una herramienta importante en el control del hígado graso y trastornos relacionados.

La carnitina también disminuye la síntesis de ácidos grasos (lipogénesis) en el hígado a través del desvío de los restos acetilos hacia acetil-carnitina, que es posteriormente liberada por el hígado a la circulación.

Estudios in vitro utilizando cortes histológicos de hígado bovino han demostrado que la carnitina mejora la oxidación de los ácidos grasos e inhibe la síntesis de triglicéridos.

Se ha comprobado que la carnitina disminuye la acumulación de lípidos en el hígado en las vacas con balance de energía negativo inducido experimentalmente.

Además, la carnitina realiza otra serie de funciones intracelulares y metabólicas esenciales:

  • Transfiere los ácidos grasos producidos por la beta-oxidación peroxisomal a las mitocondrias, favoreciendo la oxidación que no puede ser completa en los peroxisomas.
  • Mejora el reciclaje de CoA eliminando la cadena corta de los grupos acilo que se acumulan en las mitocondrias, elevando los niveles de CoA libre, que queda entonces disponible para apoyar la continuación de la β -oxidación y el ciclo de Krebs.
  • La carnitina proporciona también un efecto protector contra la cetosis, porque promueve la oxidación completa de ácidos grasos, actuando como un tampón acetilo, aumentando el uso de β -hidroxibutirato en los tejidos periféricos, y mejorando la excreción urinaria de acetil-carnitinas.
  • Se ha demostrado que la carnitina aumenta la gluconeogénesis hepática, estimulando el flujo de metabolitos a través de la piruvato-carboxilasa y aumentando la disponibilidad de aminoácidos a través de la inhibición de la cadena ramificada α-ceto ácido deshidrogenasa, una acción que reduce la descomposición de aminoácidos de cadena ramificada y promueve la síntesis de proteínas.

L-Carnitina y su acción frente al estrés oxidativo 

Las especies reactivas de oxígeno (ROS) están involucradas en la patogenia de varios trastornos metabólicos, por lo que el control del estrés oxidativo en vacas lecheras representa un objetivo terapéutico obligatorio en la prevención de trastornos del periparto.

Se ha demostrado que la L-carnitina es eficaz en muchas especies en situaciones patológicas caracterizadas por un aumento estrés oxidativo y hay evidencia de que juega un papel crítico como modulador de la respuesta al estrés celular, tanto en situaciones de salud como durante la enfermedad.

La L-carnitina es capaz de reducir el estrés oxidativo de diferentes maneras:

  • directamente por medio de la actividad de captación de radicales, como se ha demostrado tanto in vitro como in vivo;
  • por su capacidad de estabilización de membranas mitocondriales, reduciendo la generación de ROS a través de la cadena de transporte de electrones;
  • previniendo la acumulación de metabolitos finales de la peroxidación lipídica.

Además, la L-carnitina tiene una actividad quelante de metales que disminuye la concentración de hierro citosólico, un elemento que aumenta la generación de radicales libres.

Efecto antiinflamatorio de la L-carnitina

Varios hallazgos han demostrado consistentemente que la L-carnitina puede reducir el proceso inflamatorio en muchas condiciones patológicas.

En modelos animales con hipertensión, se suplementó con L-carnitina para contrarrestar con éxito el aumento de IL-1β, IL-6 y TNF-α en plasma y tejido cardíaco.

El tratamiento de L-carnitina reduce las proteínas de fase aguda proteína C reactiva y suero amiloide A, y los niveles plasmáticos aumentados de proteínas totales y proteínas de fase aguda negativas (albúmina y transferrina) en pacientes con hemodiálisis.

En un modelo de inflamación inducida con carragenina en ratas adultas (que ha demostrado ser un buen modelo altamente predictivo para testar la actividad de fármacos antiinflamatorios) la L-carnitina fue capaz de restaurar cambios en las funciones de las células inflamatorias y la destrucción de tejidos, disminuyendo la producción de aniones superóxido.

La carnitina, a través de la mejora de la función mitocondrial, puede reducir el estrés oxidativo, que es un importante contribuyente a la liberación de citoquinas proinflamatorias durante condiciones que deterioran homeostasis energética celular.

También se ha propuesto que la L-carnitina puede modular la respuesta inmunitaria y se ha demostrado que su deficiencia es responsable de un fallo en la respuesta inmune en casos de fallo multiorgánico mediado por endotoxinas.

 

L-carnitina como detoxificador del amonio (NH4+) 

El amonio es un producto tóxico derivado del metabolismo proteico, con un metabolismo complejo que involucra diferentes órganos, en especial el hígado, donde se lleva a cabo el ciclo de la urea, que es fundamental para su eliminación.

La L-carnitina también desempeña un papel en la desintoxicación del amoniaco y, su administración, ha demostrado reducir los niveles de amoniaco en sangre, prevenir la toxicidad por amoniaco y mejorar los trastornos del metabolismo del amoniaco en humanos y animales.

También se ha demostrado la L-carnitina previene la hiperamonemia en rumiantes. La administración intravenosa de L-carnitina en ovejas disminuyó los niveles de amonio en plasma en animales a los que se administró una solución oral con urea. En otro estudio, la suplementación de L-carnitina alivió la hiperamonemia en rumiantes alimentados con altos niveles de nitrógeno no proteico.

El mecanismo por el cual la L-carnitina protege contra la toxicidad del amoníaco es poco conocido, pero se ha propuesto que podría actuar induciendo la ureogénesis, mejorando la estructura e integridad metabólica de las mitocondrias, o por prevención de la inhibición de la ureogénesis por derivados del acetil-CoA.

La carnitina es una pieza fundamental, que se encuentra en la encrucijada metabólica que proporciona un enlace entre el metabolismo de los ácidos grasos y la síntesis de urea, en condiciones de balance energético negativo.

La L-carnitina y la sensibilidad a la insulina

Los requerimientos de carnitina aumentan bajo condiciones de estrés metabólico, como los encontramos durante el período de transición en las vacas lecheras, y esto puede conducir a un déficit de carnitina, disfunción mitocondrial y deterioro de la sensibilidad a la insulina, que puede serrevertido por la suplementación con carnitina.

Se ha comprobado que la suplementación de carnitina restablece la capacidad de respuesta a la insulina en múltiples desórdenes de intolerancia a glucosa y tiene efecto significativo en individuos sanos para la captación de glucosa por todo el organismo.

El mecanismo para este efecto metabólico de la carnitina no ha sido completamente clarificado, pero se han propuesto varias acciones de carnitina relacionadas con dicho efecto:

  • Regulación del transporte de acetilo y acilo entre los compartimentos intracelulares
  • Regulación de la actividad del complejo piruvato deshidrogenasa
  • Modulación de la expresión de genes que codifican enzimas glucolíticas y gluconeogénicas y componentes de la cascada de señalización de la insulina
  • Estimulación del factor de crecimiento insulínico (IGF).

Dicha activación del IGF podría también explicar el efecto positivo de la suplementación de carnitina sobre el rendimiento reproductivo.

 

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