Изменения в энергетическом обмене клетки под влиянием изменений внутримышечной конентрации карнитина. Карнитин и производительность атлетов.

Множество исследований было проведено для того, чтобы узнать, способен ли дополнительный прием карнитина внести изменения в энергетический обмен клетки (к примеру увеличить окисление жиров) и/или повысить производительность атлетов. Результаты получались смешанные. Некоторые из долгосрочных исследований не давали позитивных изменений (3, 7, 10, 11, 14, 16, 18, 21, 22, 24, 25, 26, 44), некоторые же наоборот - показывали, что прием карнитина способен улучшить производительность или показатели, которые напрямую или косвенно влияют на нее (4, 8, 9, 12, 13, 15, 17, 20, 32, 33, 34, 35). Это же касается и исследовний выясняющих, способен ли карнитин внести изменения при разовом употреблении: 1, 2, 5, 19, 27, 28, 29, 30, 31 выявили, 6, 23 - нет.

В чем же причина получения конфликтных результатов?
Во-первых, методологический подход - изучение влияния приема карнитина на результаты выполнения упражнений разных интенсивностей и продолжительностей (к примеру, марафонский забег (6) или высокоинтенсивный интервальный тренинг (44)). То есть на один вид нагрузки прием карнитина может иметь влияние, на другой - нет.
Вторая причина также кроется в методологическом подходе: так просто внутримышечную концентрацию карнитина не изменить - концентрация в клетке в 100 раз выше концентрации в плазме, плюс переносщики OCTN2 являются высоконасыщаемыми. Поэтому, чтобы увеличить количество карнитина в клетке, нужно увеличить именно число переносщиков. А для этого должны быть созданы определенные условия, которые учитывались в эксперементальном протоколе лишь некоторых исследований.

Так как большая часть карнитина содержится и функционирует в мышечных тканях, основная цель приема карнитина для улучшения производительности - повышение его внутриклеточной концентрации. Поэтому выяснению этого вопроса была посвящена серия исследований, некоторые из которых показали значительные изменения (8, 9, 17, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 44), а некоторые - нет (3, 7, 22, 26).

Сосредоточим свое внимание на исследованиях, которые подробно раскрывают проблему повышения внутриклеточной концентрации карнитина и влияния этих изменеий на энергетический обмен и производительность атлетов - серии исследований Francis B Stephens и Benjamin T Wall 2005, 2006, 2007a, 2007b, 2011, 2013, 2017 гг (28, 29, 30, 31, 32, 33, 44).

Исследования.

• Из исследования 28 удалось выяснить, что комбинация гиперинсулинемии (~150 мЕд/л) и гиперкарнитинии (~500 мкмоль/л), вызванная внутривенным введением в течение 6 часов, повысила внутримышечное содержание общего карнитина на 13% (22.0 ± 0.9 to 24.7 ± 1.4 ммоль/кг), в то время как просто гиперкарнитиния не вызвала изменений. Экспрессия мРНК OCTN2 увеличилась в 2.3 раза в условиях гиперкарнитинии и гиперинсулинемии, против 1.4 в условиях гиперкарнитинии.

• В исследовании 29 в течение 5 часов создавались условия гиперинсулинемии (~160 мЕд/л) с гиперкарнитинией (~600 мкмоль/л) или без нее. В первом случае было повышение внутримшечного общего карнитина на 15% - второй не показал значимых изменений. Активность ПДГ и внутримышечная концентрация лактата в первом случае сразу же после завершения инфузии были ниже на 30% и 40% соответсвенно в сравнении со вторым случаем. После ночи было выявлено увеличение концентрации гликогена и ацил-КоА на 30% и 40% соответсвенно в первом случае в сравнении со вторым.

• В исследовании 30 авторы задались вопросом, есть ли граница концентрации инсулина и карнитина в крови, превышение которой не увеличивало бы внутримышечную концентрацию карнитина. Было выявлено, что для повышения концентрации карнитина в мышечной клетке, требуется поддержание уровня инсулина в плазме выше 90 мЕд/л.

• Так как исследования 28, 29, 30 использовали внутривенные инфузии для повышения плазменной концентрации карнитина и инсулина, исследование 31 было проведено для того, чтобы выяснить, будет ли иметь место такой же эффект от приема карнитина и углеводов орально. Было выявлено, что прием 3 г карнитина с 94 г углеводов дважды в день увеличивал внутримышечное содержание карнитина на ~0.1% в течение 14 дней. Вычисления были сделаны исходя из сравнения разниц между принятым карнитином, его концентрацией в плазме и экскрецией в контрольной и карнитин группах.

Вышеописанные краткосрочные исследования показали, что увеличение внутримышечной концентрация карнитина происходит при повышенном плазменном уровне карнитина и инсулина, при этом уменьшается активность комплекса ферментов ПДГ, отвечающего за окисление углеводов и происходит накопление жирных кислот в клетке, что может говорить о сдвиге в сторону окиселния жиров. Так же было выявлено, что изменения в концентрации карнитина могут иметь накопительный характер. Результаты этих исследований дали почву для проведения долгосрочных.

• Исследование 32 поставило задачу выяснить, имеет ли место внутримышечное накопление карнитина в течение 3-6 месяцев и изменится ли при этом энергетический обмен при выполнении аэробного упражнения.
В исследовании принимали участие 14 среднетренированных рекреационных спортсмена (3-5 аэробных тренировок в неделю), возраст ~26, ИМТ ~23, VO2max ~51.6. Участники были разделены на две группы - Карнитин (7) и Контроль (7) в рандомизированном двойном-слепом порядке. Участиники должны были употребить напиток в течение 168 дней, содержащий 80 г углеводов, дважды в день - во время завтрака и через 4 часа после, группа Карнитин при этом имела в напитке 1.36 г карнитина. Испытуемые за время триала прибывали в лабораторию три раза, разделенные 12 неделями. С утра натощак было выполнено следующее: 30 минут на велоэргометре в режиме 50% от VO2max, 30 минут в режиме 80% от VO2max, и 30 минут тест производительности в режиме до отказа с спользованием гиперболического режима велоэргометра.
Результаты:

- внутримышечная концентрация карнитина повысилась в группе Карнитин на 21% в сравнении с началом и на 30% в сравнении с Контрольной группой после 24 недель;
- Контрольная группа набрала 2.4 кг в сравнении с начальными замерами;
- воспринимаемое чувство усталости при выполнении теста было ниже в группе Карнитин в сравнении с началом и с Контрольной группой после 24 недель;
- после 24 недель при выполнении упражнения в ржиме 50% от VO2max утилизация гликогена была на 55% меньше в группе Карнитин в сравнении с контролем, содержание гликогена было на 35% выше в этой группе после выполнения первого теста. Уровень лактата после выполнения упражнения в режиме 80% от VO2max был на 44% ниже в группе Карнитин по сравнению с Контролем. Соотношение креатинфосфата к АТФ было значительно выше в группе Карнитин по сравнению с Контролем и началом;

- активность ПДГ была одинакова в покое в любое время. После 24 недель активность ПДГ после упражнения в режиме 50% от VO2max была на 31% ниже в сравнении с началом исследования. После упражнения в режиме 80% от VO2max активность ПДГ была на 38% выше в группе Карнитин в сравнении с Контролем и началом;
- активность цитратсинтазы не изменилась;
- в группе Карнитин было 11% увеличение в тесте на происзодительность после 24 недель в сравнении с началом и на 35% в сравнении с Контролем.

• Так как исследование 32 расставило точки над E в выяснении вопроса увеличения внутримышечной концентрации карнитина и изменений в метаболизме во время выполнения упражнения, исследование 33 поставило задачу копнуть еще глубже и выявить изменения в экспрессии генов, изменения в расходе энергии, окислении жиров и углеводов во время выполнения упражнения и изменения в составе тела.
Дизайн исследования схож с предыдущим, за исключением сроков приема карнитина и количества участников - 12 недель и 12 человек соответственно. Проводился только один тест - 50% от VO2max.
Результаты:
- внутримышечная концентрация карнитина увеличилась на 20% в группе Карнитин после 12 недель приема, Контроль не показал изменений;
- Контрольная группа (употреблявшая углеводы без добавления карнитина) увеличила массу тела на 1.9 кг, 1.8 кг из которой были жировой (+18% к жировой массе тела). Группа Карнитин не показала изменений в массе тела, несмотря на 640 ккал в ежедневном рационе, принимаемые вместе с добавкой.
- группа Карнитин увеличила внутримышечное содержание ацил-КоА на 200%;
- общий расход энергии во время упражнения 50% от VO2max увеличился на 6% в группе Карнитин. Контроль не показал изменений;
- окисление жирных кислот во время тренировки в 50% от VO2max увеличилось незначительно (~10%) в группе Карнитин;
- окисление углеводов осталось без изменений в обеих группах;

- активность CPT1 не изменилась в обеих группах;
- 73 из 187 генов, отвечающих за энергетический обмен в мышечной ткани, были в повышенной экспрессии в группе Карнитин по сравнению с Контролем.

Выводы по долгосрочным исследованиям (32, 33).
Внутримышечное содержание карнитина повысилось на 20% после 12 и 24 недель приема добавки вместе с углеводами.Данные изменения ассоциировались с предотвращением набора жировой массы в группе, принимающей карнитин, в то время как Контрольная группа, принимающая дополнительно только углеводы, набрала 1.8 кг.Предотвращение набора жировой массы можно связать с повышением расхода энергии и небольшим увеличением окисления жиров при выполнении низкоинтенсивного упражнения в группе Карнитин. Механизм повышения расхода энергии на 6% в группе Карнитин может объясняться адаптивной реакцией к избытку жирных кислот в клетке - разобщением окислительного фосфорилирования (экспрессия UCP3 была увеличена в группе Карнитин). Увеличился ли уровень окисления жирных кислот и расход энергии всего организма во время отдыха - не измерялось, но, следуя выводам исследования 29 (смещение в выборе субстрата для окисления в сторону жирных кислот и увеличении их количества в клетке), ученые предположили, что с высокой вероятностью данный эффект добавки мог иметь место. Изменения в энергетическом обмене под воздействием экзогенного карнитина тесно связаны с изменениями в экспрессии генов. Экспрессия фактора транскрипции адипоцитной триацилглицерол липазы (ATGL), ключевой фермент, отвечающий за гидролиз липидов, была увеличена в группе Карнитин и снижена в Контрольной группе. Также была обнаружена повышенная экспрессия основных генов, участвующих в метаболизме жирных кислот: переносе ацил-КоА в митохондрию (CPT1), b-окисление (ацетил-КоА ацетилтрансфераза 1), ингибирование окисления углеводов (ПДГ-киназа 2), и транскрипционный контроль экспрессии ПДГ (FOXO3) в сравнении с контролем. Также была увеличена вдвое экспрессия PPAR (преоксисомального пролифератор-активированного рецептора), ключевого фактора транскрипции множества генов, в том числе отвечающих за увеличение окисления жирных кислот. В контрольной группе экспрессия PPAR снизилась по сравнению с началом эксперимента. Таким образом карнитин нивелировал негативные последствия избытка углеводов в ежедневном рационе, в том числе их особенность ослаблять воздействие вышеперечисленных факторов на повышение окисления жирных кислот.
Как и ожидалось, производительность испытуемых повысилась, а воспринимаемое чувство усталости понизилось в группе Карнитин (32). Связано это с меньшим "закислением" клетки во время выполнения высокоинтенсивного упражнения (активация аэробного гликолиза под воздействием повышенной концентрации карнитина).

Во время написания данного ревью появились результаты еще одного исследования с участием авторов предыдущих (44).

• "Увеличение доступности внутримышечного карнитина не повлияло на адаптацию к высокоинтенсивному интервальному тренингу (ВИИТ)", 2017 г.

Дизайн исследования:

Прием карнитина и углеводов был таким же как в исследовании 33 и продолжался 24 недели. Участники - 21 здоровых, некурящих, НЕТРЕНИРОВАННЫХ мужчин, тренировались три раза в неделю: 3 х 3 минуты и 4 сет до отказа на велоэргометре с установленной мощностью при потреблении 100% от максVO2, отдых между сетами - 5 минут. Мощность при выполнении сета корректировалась на 4, 8, 12, 18 и 24 неделях в соответсвии с увеличением макс VO2.
Тест заключался в выполнении 2 сета х 3 минуты с установленной мощностью при потреблении кислорода 100% от максVO2, отдых между сетами 5 минут, и был выполнен до приема добавки, на 12 неделе и на 24 неделе. Мышечная биопсия была взята на каждом из даных посещений до первого и второго сета и сразу после.
Результаты:
- внутримышечный уровень карнитина (ВУК) уменьшился на 12 неделе в Контрольной группе в сравнении с началом и вернулся к начальному на 24 неделе. В группе Карнитин ВУК увеличился (19.4 до 20.1 ммоль/кг) на 24 неделе. Уровень свободного карнитина был на 30% больше в группе Карнитин;
- максVO2 увеличилось на 9%, установленная мощность выполнения теста - на 15%, производительность - на 23% без различий между группами. Основные изменения были достигнуты к 12 неделе тренинга;
- немитохондриальный синтез АТФ значительно снизился к 12 и 24 неделе без различий между группами.
Выводы:

Повышение буфферной емкости за счет формирования ацетил-карнитина и увеличение активации ПДГ не явились лимитирующими для улучшения результатов при выполнении теста в режиме ВИИТ с ДАННОЙ продолжительностью и интенсивностью. Возможно, что 3х-минутных сетов при данной интенсивности не достаточно для того, чтобы возникло плато в формировании ацетил-КоА, которое обычно возникает за 10 минут выполнения упражнения в 75-90% от максVO2. Таким образом, максимальная мощность буфферизации карнитином избытков ацетил-КоА не была достигнута при выбранной длине сета (3 минуты), и значимых различий между группами не обнаружилось. И действительно, ацетилирование карнитина после второго сета достигло значения только 35% от свободного карнитина до выполнения теста. И это значиние - только половина от достигнутого в предыдущем исследовании (32), в котором увеличение доступности карнитина повлияло на анаэробный синтез АТФ во время выполнения теста в интенсивности 80% от максVO2 в течение 30 минут.

Выводы.

Неоднозначность результатов исследований по данному вопросу имеет место из-за различий в методологическом подходе, о чем было подробнее сказано в начале главы.

Изменения внутримышечной концентрации карнитина.

Francis B Stephens и Benjamin T Wall в вышеописанных исследованиях показали важность повышения уровня инсулина при приеме карнитина для увеличения его внутримышечной концентрации и, соответсвенно, более позитивного изменения энергетического обмена в соответсвии с условиями, в которых находится клетка (улучшения метаболической гибкости).

Помимо Francis B Stephens'a и Benjamin T Wall'a вопросом изменения внутримышечной концентрации карнитина задавались и другие исследователи. В исследованиях 8, 9, 17 карнитин принимался от 4 недель до 6 месяцев и изменения в его внутримышечном содержании составили около 10%. Исследования 3, 7, 22, 26, длительностью от 7 дней до 3 месяцев, не показали изменений. Ни в одном из вышеперечисленных исследований не применялось употребление углеводов вместе с карнитином для повышения его внутримышечной концентрации.

Производительность.

Из изученных долгосрочных исследований в 10, 20, 22, 32 и 44 сравнивались именно результаты выполнения тестов, 20 и 32 дали положительные результаты, 10, 22, 44 - не показали изменений. Другие долгосрочные исследования концентрировались на измерении параметров, которые влияют на выполнение теста и выносливость атлетов: уровня лактата, VO2max, коэффициента дыхания, пульса - результаты получались смешанные.
Исследования 1, 2, 5, 19, изучающие влияние разового употребление карнитина перед тестом, показали положительные результаты - группы, принимающие карнитин, выполняли тесты быстрее, продержались дольше при выполнении тестов до отказа, показали меньшее чувство напряжения/усталости во время выполнения теста. Исследования 6 и 23 не показали результатов.
Несмотря на то, что во многих вышеприведенных исследованиях дизайн не включал в себя продолжительный прием карнитина с углеводами, многие из этих исследований давали положительные результаты, и это может быть связано с влиянием карнитина на отличные от его основного места "работы" - мышц, ткани, например, эндотелий сосудов, или функции организма.

Если брать за основу для выводов об улучшении производительности исследования с максимально продуманным дизайном, то стоит остановиться на 32 и 44. Судя по первому, прием карнитина тренированными людьми в течение 24 недель способствует увеличению производителность при выполнении высокоинтенсивного упражнения (~80% от максVO2) в стационарном режиме продолжитльностью более 30 минут и до отказа. Исследование 44 говорит о том, что прием карнитина нетренированными людьми в течение 24 недель вкупе с ВИИТ тренингом не влияет на выполнение и энергетический обмен во время теста в описанном выше режиме ("не отказном").

Карнитин и "жиросжигание".

Многие рассматривают карнитин как "жиросжигатель" или средство, помогающее похудеть.
Метаанализ 2016 года делал отбор из 2145 исследований по определенным критериям и рассмотрел 9 из них (36). В четырех из них принимали участие люди с диабетом 2го типа, в одном - люди с биполярным аффективным расстройством, в двух - люди с ожирением, в одном - люди с мышечной слабостью, в одном - пожилые, и в последнем - физически активные. По полученным данным исследователи сделали вывод, что люди, принимающие карнитин, потеряли значительно больший вес (-1.33 кг), чем контрольные группы. Но если подробнее изучить полный текст ревью, то мы обнаружим, что данное значение было достигнуто за счет исследований, в которых принимали участие диабетики и люди с биполлярным аффективным расстройством. К примеру, включенное в метаанализ исследование 37 не обнаружило значительных изменений в весе при приеме карнитина вкупе с ходьбой в течение 8 недель у девушек с лишним весом (70 кг). 30 дней приема карнитина физически-активными людьми среднего возраста не повлияло на изменения в составе тела, расход энергии в покое, коэфициент дыхания и VO2max (38). Как видим выводы ревью сложно применить к здоровым людям.

Если рассматривать вышеописанное исследование 33, в котором соблюдались условия для повышения внутримышечной концентрации карнитина, то можно сделать вывод, что увеличение окисления жирных кислот имеет место. Во-первых, было обнаруженио увеличение расхода энергии при выполнении упражнения, во-вторых, непрямая калориметрия показала отсутсвтвие изменений в окислении углеводов во время упражнения и 10%-ое увеличение окисления жирных кислот, в-третьих, 12 недель примема карнитина предотвратило набор жировой массы при увеличении употребления калорий, в то время как контрольная группа увеличила жировую массу на 1.8 кг, что также было обнаружено и в исследовании 32. Можно сделать вывод, что прием карнитина ТРЕНИРОВАННЫМИ и ТРЕНИРУЮЩИМИСЯ (как минимум циклические виды спорта) людьми может нивелировать негативные последствия чрезмерного употребления углеводов, такие как набор жировой массы (32, 33).

Нет доказательств эффективности приема карнитина для уменьшения жировой массы здоровыми полными или худыми, тренирующимися или нетренирующимися людьми в отрицательном или нейтральном энергетическом балансе.
Требуется провести исследования, которые будут учитывать долгосрочный накопительный эффект приема карнитина и включать в себя упомянутые выше когорты.