Carnitina

La carnitina o 3-hidroxi-4-trimetilaminobutirato (conocida también como L-carnitina o levocarnitina, debido a que en estado natural es un estereoisómero L) es una amina cuaternaria sintetizada en el hígado, los riñones y el cerebro a partir de dos aminoácidos esenciales, la lisina y la metionina. En ocasiones se la ha confundido con el ácido fólico (vitamina B₉). La carnitina es responsable del transporte de ácidos grasos al interior de las mitocondrias, orgánulos celulares encargados de la producción de energía.

Carnitina
Aviso médico
Fórmula estructural de la (S)-carnitina.
Modelo de bolas y varillas de la (S)-carnitina.
Nombre IUPAC
(RS)-3-hidroxi-4,4,4-(trimetilamonio)butanoato
General
Fórmula molecular	C7H15NO3
Identificadores
Código ATC	A16AA01 (forma (L)
Número CAS	541-15-1^[1]​
ChEBI	17126
ChEMBL	CHEMBL172513
ChemSpider	282
DrugBank	DB00583
PubChem	288
UNII	0G389FZZ9M
KEGG	C00318
SMILES C[N+](C)(C)CC(CC(=O)[O-])O
InChI InChI=1S/C7H15NO3/c1-8(2,3)5-6(9)4-7(10)11/h6,9H,4-5H2,1-3H3 Key: PHIQHXFUZVPYII-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Apariencia	Polvo blanco, cristalino e higroscópico
Olor	Inodora
Densidad	640 kg/m³; 0,64 g/cm³
Masa molar	161.199 g/mol
Punto de fusión	196,5 °C (470 K)
Propiedades químicas
Acidez	3.8 pKa
Solubilidad en agua	2500 g/L
log P	-5.48 (octanol/agua)
Propiedades farmacológicas
Biodisponibilidad	< 10%
Metabolismo	tejido muscular, hígado, riñón
Excreción	Renal
Peligrosidad
Frases H	H315, H319, H335
Frases P	P271, P280
Riesgos
Inhalación	Puede causar irritación.
Piel	Causa irritación.
Ojos	Causa mucha irritación.
LD50	6690 mg/kg (ratón, oral)
Compuestos relacionados
Aminoácidos	Lisina, Metionina
Valores en el SI y en condiciones estándar (25 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
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A pesar de que se descubrió en 1905, no fue hasta mediados de los años 50 cuando se demostró que el principal papel de la carnitina es acelerar el proceso de oxidación de ácidos grasos (y de esta manera la ulterior producción de energía). El déficit de carnitina conduce a una disminución sustancial de la producción de energía y al aumento de masa del tejido adiposo.

Biosíntesis

 

Biosíntesis de la carnitina en los mamíferos.

En los animales, la carnitina se sintetiza principalmente en el hígado y el riñón a partir de los aminoácidos lisina (a través de trimetil lisina) y metionina.^[2]​

En muchas proteínas, los residuos de lisina pueden sufrir mono-, di- y trimetilación. Al hidrolizarse estas proteínas, uno de los aminoácidos obtenidos es la N⁶,N⁶,N⁶-trimetil lisina (TML), que se emplea como precursor de la biosíntesis de carnitina. Por acción de la enzima trimetil lisina dioxigenasa (TML-DO, EC 1.14.11.8) se hidroxila la posición 3 de la TML para formar la 3-hidroxi-N⁶,N⁶-trimetil lisina (HTML) en presencia de oxígeno diatómico como agente oxidante, α-cetoglutarato como aceptor de electrones, además de hierro (II) y ácido ascórbico como cofactores. Esta reacción es la única que se lleva a cabo en la mitocondria, mientras que las siguientes tienen lugar en el citosol. La HTML sufre una condensación aldólica inversa para formar glicina y N⁴,N⁴,N⁴-trimetilaminobutiraldehído (TMABA). En este paso se requiere la enzima hidroxitrimetil lisina aldolasa (HTMLA, EC 4.1.2."X") y fosfato de piridoxal como cofactor. El grupo aldehído se oxida a ácido carboxílico para formar la γ-butirobetaína (γBB) gracias a la enzima trimetilaminobutiraldehído deshidrogenasa (TMABA-DH, EC 1.2.1.47), que requiere NAD⁺ como aceptor de electrones. La γ-butirobetaína se hidroxila en la posición 3 para dar como producto final la carnitina, reacción catalizada por la enzima butirobetaína dioxigenasa (γBB-DO, EC 1.14.11.1), que requiere hierro (II), 3-oxoglutarato y ácido ascórbico como cofactores.^[3]​

Papel metabólico

 

Activación de un ácido graso y traslocación del acil-CoA resultante gracias a la carnitina
Rojo: acil-CoA, verde: carnitina, Rojo+verde: acilcarnitina, CoASH: coenzima A, CPTI: carnitina palmitoiltransferasa I, CPTII: carnitina palmitoiltransferasa II, 1: acil-CoA sintetasa, 2: translocasa, A: membrana mitocondrial externa, B: espacio intermembranario, C: membrana mitocondrial interna, D: matriz mitocondrial.

La carnitina ayuda a las bacterias a soportar el estrés osmótico debido a bajas temperaturas^[4]​ o la salinidad.^[5]​

En los eucariontes, la carnitina se encarga de llevar los grupos acilo al interior de la matriz mitoncondrial por medio del siguiente mecanismo:

1. La enzima carnitina palmitoiltransferasa I (CPTI), ubicada en la membrana mitocondrial externa, escinde el coenzima A de la molécula de acil-CoA al tiempo que une la carnitina disponible en el espacio intermembranario, originando acilcarnitina; el CoA queda libre y puede salir al citosol para activar otro ácido graso.
2. A continuación, una proteína transportadora, llamada carnitina-acilcarnitina translocasa, situada en la membrana mitocondrial interna, transfiere la acilcarnitina a la matriz mitoncondrial, donde la carnitina palmitoiltrasnferasa II (CPTII) escinde la carnitina y une al ácido graso una molécula de CoA de la matriz; se regenera así el acil-CoA.
3. La carnitina se devuelve al espacio intermembranario mediante la translocasa y puede reaccionar de nuevo con otro acil-CoA, repitiéndose el ciclo.

Fuentes de carnitina

La principal fuente de carnitina son en particular las carnes rojas. Los vegetales contienen cantidades muy pequeñas o incluso nulas de carnitina.^{[cita requerida]}

De todas formas, gran cantidad de la carnitina en nuestro organismo se sintetiza en el hígado y los riñones a partir de dos aminoácidos esenciales: la lisina y la metionina. La vitamina C no es esencial para la síntesis de carnitina.^[6]​

La concentración inicial de carnitina en recién nacidos depende pura y exclusivamente de la concentración de carnitina en la madre, por eso las mujeres con fallas en la síntesis de carnitina deben consumir suplementos nutricionales durante el embarazo para asegurar la correcta concentración en sus tejidos y, especialmente, en el feto.

La concentración de carnitina en sangre es por lo general bastante más baja en las mujeres embarazadas que en aquellas que no están encintas, aparentemente por el incremento en la demanda de carnitina por parte del feto. El recién nacido depende casi totalmente de fuentes externas de carnitina, de ahí que aquellos que son amamantados tienen mayores posibilidades de tener óptimas concentraciones tisulares de carnitina. Las fórmulas alimenticias para recién nacidos basadas en leche vacuna tienen una cantidad de carnitina sustancialmente menor que la leche materna; en el caso de las fórmulas basadas en soja, la carencia es absoluta.

Los primeros casos de deficiencia de carnitina en humanos se describieron por primera vez en el año 1973; hasta entonces siempre se había pensado que era imposible sufrir deficiencia de este compuesto, a partir de la síntesis e ingestión de la misma. Sin embargo, algunos individuos necesitan suplementos nutricionales de carnitina para mantener un metabolismo normal, lo cual claramente indica que la carnitina debería considerarse un nutriente esencial. La deficiencia de carnitina se clasifica en dos grandes grupos, la deficiencia sistémica (que casi nunca se presenta) y la miopática (la más corriente). La sistémica afecta a todo el cuerpo, mientras que la miopática solamente al tejido muscular. Estas son algunas de las causas conocidas de la deficiencia de carnitina:

• Deficiencia de lisina o metionina (aminoácidos precursores de la carnitina)
• Deficiencia de hierro, vitaminas C, B3 o B6 (otros factores precursores)
• Fallo genético en la síntesis de carnitina.
• Malabsorción intestinal de la misma.
• Problemas hepáticos o renales que afecten a la síntesis.
• Defectos en el transporte de carnitina desde los tejidos de origen a los de destino (donde se utiliza en mayores cantidades).
• Aumento de la necesidad de carnitina, por una dieta demasiado abundante en lípidos, por estrés, el consumo de ciertas drogas (anticonvulsivos como el ácido valproico) y a causa de ciertas enfermedades.

Formas disponibles

 

Estructura química de la acetilcarnitina.

La carnitina se consigue comercialmente en varias formas, entre las cuales se encuentran la L-carnitina que es la forma de carnitina preferida para el tratamiento de una gran cantidad de afecciones diferentes. Dada su toxicidad, se recomienda no utilizar D-carnitina como suplemento dietético. Otras formas conocidas son la L-acetilcarnitina, utilizada frecuentemente en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer y trastornos cardiovasculares, o la L-propionilcarnitina empleada para tratar algunas enfermedades de carácter infeccioso. No se debe usar como suplemento.

Principales usos

La administración de carnitina ha demostrado ser eficaz en el tratamiento de una gran variedad de enfermedades. Se utiliza con frecuencia para tratar afecciones cardiovasculares y renales, sobre todo cuando se intenta mejorar el rendimiento físico. Se debe advertir que cada variante de carnitina que podemos encontrar tiene un efecto diferente en el organismo, por tanto, después de leer la siguiente lista de las afecciones que suelen tratarse con la administración de carnitina, deberá profundizarse en el tipo de carnitina apropiado para cada afección, ya sea L-carnitina, L-acetilcarnitina, etc.:

• Enfermedades cardiovasculares.
• Angina de pecho, infarto agudo de miocardio, necrosis de miocardio,^[7]​ arritmias inducidas por el consumo de drogas, trastornos cardíacos.
• Síndrome de fatiga crónica.^[7]​
• Concentraciones elevadas de colesterol asociado a LDL.
• Concentraciones elevadas de triacilgliceroles.
• Bajo rendimiento físico.
• Enfermedad de Alzheimer, depresión senil y falta de memoria relacionada con la edad.^[7]​
• Enfermedades renales, trastornos hepáticos, cirrosis hepática.
• Diabetes.^[7]​
• Bajo conteo y movilidad reducida de los espermatozoides (infertilidad masculina).
• También se utiliza como un «quemador de grasa».

Como «quemador de grasa» se ha podido demostrar que durante una toma de 4 gramos diarios divididos en dos tomas durante 24 semanas, incrementó la L-carnitina a nivel muscular en un 21 % complementándolo con ejercicio aeróbico en bicicleta al 50 % y 80 % del esfuerzo máximo. Por lo tanto, mejoraría el envío de ácidos grasos de cadena larga a las mitocondrias de las células. Sin ejercicio los resultados no serán los mismos.^[8]​ El estudio no demuestra que pueda usarse como suplemento alimenticio para adelgazar por lo que decir que "quema grasa" se debe inferir a nivel químico y no en el sentido profano que emplean los productores de suplemento nutricional.

Dosificación e interacciones

La dosis diaria adecuada de carnitina en cualquiera de sus formas suele oscilar entre los 1500 y los 4000 mg dividida en varias dosis (se recomienda al menos dos). Se recomiendan dosis sustancialmente menores en pacientes con trastornos renales, pues dosis altas pueden empeorar la situación (aunque el consumo diario de la dosis adecuada para su caso particular puede favorecer al paciente).

Fuera del caso particular mencionado anteriormente, es decir de los pacientes con trastornos renales, la L-carnitina es siempre segura en dosis altas. No puede decirse lo mismo de la D-carnitina que ha demostrado provocar efectos adversos, tales como dolores musculares y reducción del rendimiento muscular, casi seguramente por falta de energía. La administración de D-carnitina suele provocar deficiencia de L-carnitina en algunos tejidos, como el cardíaco y el óseo.

La carnitina interactúa con la coenzima Q10, el ácido pantoténico y en mayor medida con la colina, cuyo adecuado consumo reduce la excreción de carnitina por vía urinaria y aumenta la concentración intracelular de la misma.

Contraindicaciones de la carnitina

La L-carnitina podría promover la aterosclerosis -endurecimiento o la obstrucción de las arterias-, según una investigación realizada por investigadores de la Clínica Cleveland (Estados Unidos) publicada por Nature Medicine. Dicho estudio muestra que las bacterias que residen en el tracto digestivo humano (p.ej. Acinetobacter) metabolizan la L-carnitina, convirtiéndolo en trimetilamina-N-óxido (TMAO), un metabolito que está vinculado desde 2011 con el desarrollo de la aterosclerosis en seres humanos. La investigación también muestra que una dieta alta en L-carnitina promueve el crecimiento de las bacterias que la metabolizan, lo que agrava el problema al producir aún más cantidades de TMAO que terminan por obstruir las arterias y desencadenar la enfermedad cardiovascular.

No existen restricciones para su consumo durante el embarazo y la lactancia, ya que esta es una sustancia natural, cuya demanda se incrementa durante el embarazo y además, forma parte de la leche humana. Tampoco se han registrado alteraciones fetales.

Se han realizado estudios con dosis altas de L-carnitina, 15 g/día, sin registrarse mutagénesis, teratogénesis ni carcinogénesis.

La L-carnitina se puede tomar por vía oral y parenteral (intramuscular o intravenosa). La dosis habitual es de 50-100 mg/kg/día, tanto en niños como en adultos, distribuida en 2 o 3 tomas por día.

Referencias

1. Número CAS
2. . Archivado desde el original el 8 de mayo de 2007. Consultado el 1 de junio de 2007. 
3. Vaz FM, Wanders RJA (2002). «Carnitine biosynthesis in mammals». Biochem. J. 361: 417-429.  http://www.biochemj.org/bj/361/0417/3610417.pdf
4. Angelidis AS, Smith GM (2003). «Role of glycine betaine and carnitine transporters in adaptation of Listeria monocytogenes to chill stress in defined medium». Applied & Environmental Microbiology, 69: 7492‐7498. 
5. Canovas M, Bernal V, Sevilla A, Iborra JL (2007). «Salt stress effects on the central and carnitine metabolisms of Escherichia coli». Biotechnology & Bioengineering 96: 722‐737. 
6. Furusawa, Hajime; Sato, Yasunori; Tanaka, Yasukazu; Inai, Yoko; Amano, Akiko; Iwama, Mizuki; Kondo, Yoshitaka; Handa, Setsuko et al. (1 de septiembre de 2008). «Vitamin C is not essential for carnitine biosynthesis in vivo: verification in vitamin C-depleted senescence marker protein-30/gluconolactonase knockout mice». Biological & Pharmaceutical Bulletin 31 (9): 1673-1679. ISSN 0918-6158. PMID 18758058. Consultado el 16 de enero de 2016.  Se sugiere usar |número-autores= (ayuda)
7. «Carnitina». EBSCO CAM Review Board. Consultado el 2 de septiembre de 2012. 
8. Wall BT, Stephens FB, Constantin-Teodosiu D, Marimuthu K, Macdonald IA, Greenhaff PL. (2011). «Chronic oral ingestion of L-carnitine and carbohydrate increases muscle carnitine content and alters muscle fuel metabolism during exercise in humans.». PubMed.gov.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21224234

Enlaces externos

• Roles alimenticios y metabólicos de la taurina y la L-carnitina Universidad del Madalena
• Deficiencia de carnitina, John E. Morley , MB, BCh, Saint Louis University School of Medicine

•   Datos: Q243309
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