L-Carnitine supplementation in recovery after exercise (pdf original)
Fielding R, Riede L, Lugo JP y Bellamine A
Nutrients. 2018 Mar 13;10(3). pii: E349. doi: 10.3390/nu10030349
Introducción
La L-carnitina es una amina cuaternaria (3-hidroxi-4-N-trimetilaminobutirato) producida de forma natural y que se encuentra en todas las especies de mamíferos. Después de su descubrimiento en extractos musculares en 1905 y su identificación estructural en 1927, la importancia de la L-carnitina en la oxidación de ácidos grasos en el hígado y el corazón fue descrita por primera vez por Fritz en 1959. Las membranas mitocondriales son impermeables para los ésteres de coenzima A (CoA) y ácidos grasos de cadena larga, por lo que la unión de la L-carnitina a los grupos acetilo mediante la carnitina aciltransferasa es esencial para la transferencia de los ácidos grasos acetilados a las mitocondrias y para su posterior oxidación en la matriz mitocondrial (ver figura 1). Los productos de la oxidación (dos moléculas de carbono) son luego utilizados por el ciclo de Krebs para producir trifosfato de adenosina (ATP) como forma de energía. La L-carnitina también ha sido reconocida por su función biológica crucial al amortiguar la relación CoA / acetil-CoA libre. En condiciones de estrés con formación excesiva de acetil-CoA, la transesterificación con L-carnitina promueve potencialmente el movimiento del sustrato en el ciclo de Krebs.
Figura 1. Función de la L-carnitina. La L-carnitina transporta ácidos grasos de cadena larga dentro de las mitocondrias formando un éster de acetilcarnitina de cadena larga. El complejo es luego transportado a la matriz mitocondrial por carnitina palmitoiltransferasa I (CPT I) y carnitina palmitoiltransferasa II (CPT II). Los ácidos grasos se descomponen a través del proceso de β-oxidación para entregar las moléculas de 2 carbonos al ciclo de Krebs, lo que conduce a la generación de energía en forma de trifosfato de adenosina (ATP). Además, al unirse a un grupo acetilo, la L-carnitina puede mantener los niveles de Acetil-CoA y la coenzima A, jugando una función de amortiguación.
La L-carnitina se sintetiza endógenamente en el hígado, el riñón y el cerebro a partir de los aminoácidos esenciales lisina y metionina o se ingiere a través de productos alimenticios de origen animal. Su síntesis es catalizada por cuatro reacciones enzimáticas y requiere vitamina C, vitamina B6, niacina y hierro reducido como cofactores. La biosíntesis de L-carnitina representa solo el 25% de las necesidades diarias. Por lo tanto, se requiere la suplementación en la dieta o como un suplemento nutricional. A nivel tisular, el almacenamiento primario de L-carnitina está en el corazón y el músculo esquelético con un 95% estimado, mientras que se encuentran concentraciones mucho más bajas en el hígado, el riñón y el plasma sanguíneo. Se estima que el contenido muscular es aproximadamente 70 veces más alto que el plasmático, que es de aproximadamente 40-50 μM/L. Los transportadores de cationes orgánicos (OCTN) regulan la distribución tisular y la homeostasis intracelular de L-carnitina y funcionan tanto en su absorción intestinal como en la reabsorción renal. Los defectos hereditarios o adquiridos en los mecanismos de transporte son la causa principal de la deficiencia de L-carnitina, lo que lleva a patologías como la miopatía cardíaca y miopatía del músculo esquelético.
Se estima que, en humanos omnívoros, el 75% de la carnitina disponible en el organismo se deriva de la ingesta dietética. Sin embargo, la ingesta dietética de l-carnitina es muy variable. La fuente principal es la carne roja, que proporciona hasta 140-190 mg de l-carnitina por 100 g de carne sin cocer (por ejemplo, carne de vaca y venado). Por el contrario, los alimentos derivados de plantas contienen cantidades insignificantes de l-carnitina. Como consecuencia, los vegetarianos obtienen muy poca L-carnitina de fuentes dietéticas. Sin embargo, el beneficio de la suplementación con l-carnitina en esta población sigue siendo controvertido, ya que poseen una biodisponibilidad para la l-carnitina comparable con la población general. De hecho, se ha informado que el déficit de l-carnitina entre los vegetarianos es modesto. Por tanto, es posible que se produzcan mecanismos reguladores de retroalimentación que conducen a un aumento en la absorción dietética de l-carnitina y/o síntesis de novo para superar esta deficiencia y reducir la pérdida por excreción urinaria.
Si bien la biodisponibilidad de la l-carnitina de fuentes dietéticas se estima en un 54-86%, se ha descrito que la absorción de suplementos nutricionales es menor y que varia entre las dosis con una absorción de 9-25% a partir de una sola dosis oral de 2 g. Parte de la l-carnitina ingerida puede ser metabolizada por especies microbianas en el intestino. Se ha demostrado en estudios en animales que las aminas cuaternarias no absorbidas, como la colina, la fosfatidilcolina, la betaína o la l-carnitina, pueden ser metabolizadas por microorganismos intestinales para producir el compuesto intermedio trimetilamina (TMA). La TMA es posteriormente absorbida por el intestino y oxidada por flavinas-monoxigenasas (FMOs) en el hígado para producir trimetilamina-N-óxido (TMAO). Sin embargo, estas conversiones dependen de la microflora y de la afinidad de las diferentes aminas cuaternarias por las poblaciones microbianas intestinales. Recientemente, se ha reportado que la conversión de colina en TMA es catalizada por bacterias anaerobias, mientras que la conversión de l-carnitina es un proceso aeróbico, lo que sugiere que la l-carnitina es una fuente ineficiente de producción de TMA.
Debido a su acumulación en el músculo y el corazón, su naturaleza ergogénica y su papel en el metabolismo energético, se hipotetiza que la suplementación de l-carnitina desempeña papeles cruciales en poblaciones enfermas donde se ha demostrado que influye en el manejo de la enfermedad cardíaca isquémica, miopatía, y la enfermedad arterial periférica, así como entre atletas sanos donde se ha demostrado que modulan la capacidad de ejercicio y la recuperación.
Esta revisión tiene como objetivo resumir el papel que juega la l-carnitina en la fisiología muscular con un enfoque en la recuperación después del ejercicio, describir algunos de los estudios y los posibles mecanismos implicados. Con base en este aprendizaje y el papel propuesto de la l-carnitina en la estructura y función muscular, también se discute el papel de la l-carnitina en la salud muscular durante el envejecimiento.
L-Carnitina y ejercicio
El vínculo entre los niveles de l-carnitina, particularmente en el plasma y el músculo, y la capacidad de ejercicio han sido reportados en muchos estudios. Con la disponibilidad comercial de esta sustancia a principios de la década de 1980, se iniciaron los estudios para examinar el efecto de la suplementación con l-carnitina sobre el metabolismo durante el ejercicio. A la luz de su papel fundamental en la β-oxidación de ácidos grasos para la producción de energía y su papel en la regulación de la reserva de acetil-CoA, los estudios sobre la l-carnitina como ayuda ergogénica se centraron inicialmente en su interacción con ejercicio. Así, se ha visto que la suplementación dietética de 1 g de l-carnitina administrada dos veces al día durante 6 meses de entrenamiento físico conduce a un aumento en los niveles de l-carnitina muscular (total y libre) en comparación con un grupo control. Los atletas de resistencia y, en menor medida, los velocistas muestran una disminución significativa en la l-carnitina libre muscular en respuesta al ejercicio, que puede ser revertida por suplementación. Otros estudios también muestran que la suplementación con 2 o 3 g de l-carnitina durante dos semanas mejora los niveles plasmáticos de glucosa y amoniaco, y disminuye la frecuencia cardíaca sin afectar al metabolismo de las grasas y los carbohidratos.
Además, la suplementación crónica y aguda con l-carnitina con o sin proteína durante el entrenamiento mejora la capacidad de ejercicio y la resistencia. Con respecto al ejercicio de alta intensidad, existen evidencias de que la l-carnitina potencia el ejercicio de alta intensidad al mantener la relación acetil CoA/CoA constante, lo que permite el flujo continuo a través del complejo piruvato deshidrogenasa y la prevención de la acumulación de lactato. También es posible que la naturaleza del entrenamiento, la duración de la suplementación y los propios test realizados influyan en la respuesta a la suplementación aguda con l-carnitina en particular. Además, la biodisponibilidad del plasma de l-carnitina no siempre refleja sus niveles en el músculo, que es el motor principal para el rendimiento deportivo.
Durante el ejercicio de baja a moderada intensidad, los ácidos grasos de cadena larga representan la principal fuente de energía. Se ha sugerido que la l-carnitina ahorra glucógeno muscular y promueve la oxidación de grasas durante el ejercicio, reflejándose en una reducción en el peso corporal. Además, se ha demostrado que la suplementación de l-carnitina ahorra el uso de aminoácidos como fuente de energía y los hace potencialmente disponibles para otros procesos como la síntesis de proteínas. Estos efectos podrían explicar el aumento observado de la masa muscular tanto en estudios con animales como en humanos.
Efectos de la L-carnitina sobre el daño muscular
El daño muscular y el dolor inducidos por el ejercicio pueden disminuir la calidad de vida y limitar los subsiguientes entrenamientos. Además de sus efectos en el rendimiento, se ha descrito que la l-carnitina ayuda con la recuperación después del ejercicio a través de diferentes mecanismos. En un estudio piloto, 9 de los 12 sujetos que recibieron 2 g de l-carnitina al día durante un período de 5 días, mostraron un aumento significativo en la producción de potencia después de ejercicio extenuante. Por el contrario, la administración de l-carnitina antes de una prueba de pedaleo hasta el agotamiento no mejoró el rendimiento durante una segunda ronda de ejercicio después de 3 h.
La literatura científica también apunta que la suplementación con l-carnitina alivia el dolor, la sensibilidad y la liberación de creatina quinasa, un marcador de lesión muscular, lo que indica que el nutriente es eficaz para reducir la disrupción del tejido y la posterior filtración de proteínas citosólicas. Estos efectos beneficiosos también se han observado en la reducción de la hipoxia inducida por el ejercicio, el daño muscular y las agujetas (DOMS).
Efectos de la L-carnitina sobre el flujo sanguíneo y la función endotelial
Los efectos de la l-carnitina sobre la función endotelial y la liberación de óxido nítrico se han demostrado en estudios con animales y ensayos clínicos en humanos. Kraemer y colaboradores sugieren que la suplementación con l-carnitina reduce el daño muscular estructural y bioquímico y facilita la reparación tisular protegiendo contra la deficiencia de carnitina en las células endoteliales, mejorando así el flujo sanguíneo y el suministro de oxígeno. Esto apunta a un mecanismo independiente de la acumulación de l-carnitina muscular y la producción de energía. En este sentido, después de 3 semanas de suplementación de l-carnitina, la dilatación mediada por flujo sanguíneo (FMD) post-prandial de la arteria braquial en respuesta a oclusión aumenta. Estos resultados respaldan la hipótesis de que la l-carnitina tiene un impacto beneficioso sobre la función vascular a través de la modulación de la función endotelial.
L-carnitina como antioxidante
Uno de los posibles mecanismos implicados en el papel de la suplementación con l-carnitina durante la recuperación del ejercicio es su efecto en la mitigación del estrés oxidativo durante el ejercicio. El daño muscular, especialmente durante el ejercicio excéntrico es causado por una lesión celular y estructural inmediata y respuestas bioquímicas posteriores durante la reparación del tejido. La alteración de los sarcómeros de la fibra muscular y del tejido circundante puede causar una disfunción a largo plazo, de modo que el proceso de recuperación puede continuar hasta 10 días. También es posible que la hipoxia local inducida por el ejercicio pueda contribuir a la lesión e inflamación muscular al producirse un desacoplamiento entre la producción de energía (ATP del ciclo de Krebs) y el consumo de energía en las células. Esto puede conducir a la formación de especies reactivas de oxígeno (ROS). En última instancia, la liberación de componentes intracelulares en el intersticio y la posterior inflamación conducen a DOMS caracterizado por dolor al movimiento, sensibilidad, así como hinchazón y rigidez del músculo. Las moléculas como la hipoxantina, la MDA o la creatina quinasa que resultan de la alteración sarcolemal están involucradas en estos eventos.
Los efectos antioxidantes de la l-carnitina sobre el estrés oxidativo inducido por el ejercicio también han sido investigados. La suplementación diaria con 2 g de l-carnitina durante 14 días aumentó significativamente la capacidad antioxidante total en comparación con placebo antes y 24 horas después del ejercicio, mientras que los marcadores de daño muscular y la peroxidación lipídica se mantuvieron significativamente inferiores en comparación con el placebo. Además, Parthimos y colaboradores mostraron que la suplementación posterior al entrenamiento con l-carnitina mejora el estado antioxidante total en jugadores de baloncesto.
Si bien la gran mayoría de estos estudios se realizaron en sujetos jóvenes y sanos, Ho y sus colegas proporcionaron primero pruebas experimentales de un impacto favorable en la recuperación después del ejercicio en hombres y mujeres sanos de mediana edad. De nuevo, el aumento en los marcadores de estrés oxidativo durante y después del ejercicio, así como el dolor muscular percibido por los sujetos, se atenuó con la administración de suplementos de l-carnitina.
L-carnitina y envejecimiento: nuevos usos
El envejecimiento puede proporcionar la dirección futura para la investigación y el uso de l-carnitina. Si bien la investigación clínica indicó que la población joven de mediana edad puede beneficiarse de la ingesta de l-carnitina en situaciones físicamente desafiantes, los efectos de la l-carnitina aún se desconocen en ancianos que sufren de fatiga física. La disminución asociada a la edad en la masa muscular, la fuerza y la actividad general del músculo esquelético, denominada sarcopenia, es una afección multifactorial relacionada con la edad. Variables como la disminución de la movilidad, el estado nutricional y la disminución de la función mitocondrial contribuyen a la sarcopenia. Además, también se han demostrado alteraciones en el metabolismo de las proteínas y una disminución en la síntesis de proteínas en personas sarcopénicas. Mientras que, en individuos jóvenes sanos, el metabolismo proteico está regulado por un equilibrio de procesos proteolíticos y anabólicos, hay una falta de una síntesis proteica adecuada acompañada de una degradación progresiva durante la sarcopenia, que en última instancia conduce a la fragilidad física en las personas mayores. Otro mecanismo involucrado en el declive muscular relacionado con la edad es la pérdida gradual de la sensibilidad a los estímulos anabólicos.
La sarcopenia está influenciada por factores como la dieta y la actividad física. Se ha demostrado un efecto sinérgico del consumo de carne y el ejercicio de resistencia en la síntesis de proteína muscular, así como la ganancia de fuerza y la resistencia muscular en ancianos. Por otra parte, la suplementación con proteínas puede aumentar la masa muscular y la fuerza en los ancianos, y mejorar su rendimiento físico. Sin embargo, otros estudios demuestran que la proteína en sí misma y sin ejercicio no es efectiva para mejorar la masa muscular y la función en esta población.
La creciente evidencia sugiere que la l-carnitina puede afectar positivamente a la masa muscular y revertir la disminución dependiente de la edad en el funcionamiento muscular. Se ha demostrado que el contenido muscular de L-carnitina disminuye con la edad en personas sanas. Además, el envejecimiento conduce a la transcripción reducida del ARNm de OCTN2, el transportador de l-carnitina, lo que indica que la distribución tisular y la homeostasis de la l-carnitina se ven obstaculizadas con la edad avanzada. En consecuencia, una serie de estudios investigó el papel de la l-carnitina en el proceso de envejecimiento.
Malaguarnera y col realizaron un estudio clínico con centenarios que recibieron 2 g de l-carnitina / día o placebo durante un período de 6 meses e investigaron los efectos sobre la fatiga física y mental. En comparación con el grupo placebo, la suplementación dio como resultado una masa muscular mejorada, una masa grasa reducida y una capacidad para caminar mejorada, lo que sugiere un efecto beneficioso en esta población. La suplementación con acetil-l-carnitina, el derivado acetilado de l-carnitina, también disminuye la fatiga física y mental en sujetos de 70 años. En cuanto a personas mayores pre-frágiles con una edad media de 68 años, Badrasawi y col demostraron una mejora significativa en el estado de fragilidad después de la suplementación de 10 semanas con 1,5 g de l-carnitina por día. Un estudio reciente de Evans y col proporcionó evidencia de que una combinación de l-carnitina, creatina y leucina favorece favorablemente la masa muscular y el rendimiento. En este estudio aleatorizado doble ciego controlado en sujetos de 55-70 años, se investigó el efecto sinérgico potencial de esta nueva formulación en comparación con el placebo después de la suplementación de ocho semanas. Se encontró que los sujetos mejoraron significativamente la masa corporal, fuerza muscular y la capacidad de caminar durante 6 minutos, en comparación con el placebo.
Aunque los mecanismos subyacentes a los efectos de la l-carnitina en la promoción de la masa muscular y la función física en personas mayores aún se desconocen, pueden aplicarse algunos de los mecanismos generales de acción de los efectos de la l-carnitina mostrados en estudios con animales y atletas jóvenes. Estos se basan en que, al convertir la grasa en energía, la l-carnitina permite ahorrar aminoácidos, lo que conduce a la acumulación de proteínas en el músculo esquelético. Por otra parte, como postula la teoría de radicales libres del envejecimiento, el daño peroxidativo promueve el proceso de envejecimiento. Los antioxidantes pueden eliminar especies de oxígeno reactivas o evitar su producción, lo que alivia el estrés oxidativo. Las propiedades antioxidantes de la l-carnitina han sido indicadas por varios estudios clínicos, lo que sugiere un posible modo adicional de acción por el cual la l-carnitina puede impedir los mecanismos bioquímicos subyacentes al envejecimiento de los tejidos.
Conclusiones
- En población joven activa y saludable, la suplementación con l-carnitina mejora el rendimiento físico y facilita la recuperación del ejercicio minimizando el deterioro de los sarcómeros y el dolor muscular.
- En personas sarcopénicas y frágiles, la suplementación con l-carnitina aumenta el rendimiento físico y la masa y función muscular.
- Mientras que el entrenamiento de fuerza puede ser arduo en los ancianos, la suplementación nutricional junto con el ejercicio moderado puede ser una estrategia potencial para desacelerar la sarcopenia.
