О существенной роли L-кар-нитина для нормальной жизнедеятельно-сти сердечной мышцы человека и жи-вотных стало известно сравнительно не-давно, однако этой теме уже посвящено огромное количество научных работ. В данном обзоре мы постарались осветить механизм действия L-карнитина, а также возможности его практического применения для лечения собак в раз-личных случаях кардиопатологии.
L-carnitine - это метаболит, всегда присутствующий в организме. В значи-тельных концентрациях он обнаружива-ется в поперечно-полосатой мускулату-ре, в том числе в миокарде. Основное назначение этого вещества состоит в транспортировке высокомолекулярных жирных кислот в митохондрии, а также для бета-окисления и синтеза АТФ. Сердце получает большую часть требуе-мой энергии за счет аэробного окисле-ния жирных кислот. Таким образом, L-карнитин имеет большое значение в процессе энергетического метаболизма миокарда, а значит и для поддержания нормальной сердечной деятельности.
Многочисленные клинические исследования дают основания предпола-гать наличие связи между нехваткой в организме человека и животных карни-тина и заболеваниями сердца. В частно-сти, было установлено снижение содер-жания карнитина в миокарде при раз-личных сердечных заболеваниях людей и животных, в тоже время, назначение L-карнитина давало улучшение обмена веществ в миокарде и сердечной дея-тельности в целом. Карнитин впервые был выделен из говядины Гулевичем и Кримбергом в 1905 г. [16]. Его химическая структура описана в 1927 г. [38]. По химическому составу карнитин представляет собой L3-окси-4-триметиламмонийбутират, синтезируемый в организме из амино-кислот L-лизина и L-метионина.
В 1959 г. были получены данные о его влиянии на окисление высокомоле-кулярных жирных кислот в сердечной мышце и печени [13]. Позднее было от-крыто участие карнитина в бета-окислении липидов и ацил-карнитина в тканевом дыхании [14,15].
L-карнитин усваивается вместе с пищей или синтезируется млекопитаю-щими в печени из аминокислот лизина и метионина. Метионин в процессе обмена выступает в качестве донора метильных групп [11]. Три витамина (аскорбиновая кислота, ниацин и пиридоксин), а также Fe2+ необходимы для успешного проте-кания биосинтеза. Регулирование про-цесса синтеза зависит от уровня содер-жания карнитина в корме, возраста и гормонального статуса собаки [3,4].
Синтез карнитина описан доста-точно подробно [6]. Важно отметить, что последняя стадия осуществляется только в определенных органах и тканях при наличии необходимого фермента гамма-бутиробетаин гидроксигеназы или гамма-бутиробетаин-2-оксиглутарат диоксигеназы, что зависит от вида жи-вотного.
Гамма-бутиробетаин гидрокси-геназная активность не была обнаружена в мышцах скелета или миокарде под-опытных, где практически отсутствует синтез карнитина [33]. Однако их высо-кая активность обнаружена в опытных образцах печени, в том числе людей. Бутиробетаин, вырабатываемый в мыш-цах и других тканях, транспортируется в печень для гидроксигенации.
Незначительное количество гам-ма-бутиробетаин гидроксигеназы обна-ружено в почках, особенно у кошек, хо-мяков, кроликов и макак резусов [12]. Это вещество было также найдено в почках, а также мозге и печени человека, так что ограниченное количество карнитина может производиться также и этими органами. У собак удалось об-наружить только незначительное коли-чество этого вещества в почках. Таким образом, у собак карнитин производится, преимущественно печенью, а роль почек в синтезе практически сводится к нулю. Собака ежедневно может производить 2,9 мкмоль L-карнитина на килограмм массы тела.
Кроме того, у собак отмечена более низкая способность реабсорбции карнитина в почках [17]. Это обстоя-тельство может иметь существенное значение для определения причин не-хватки карнитина, вызванной снижением его в рационе, ухудшением процесса синтеза или возрастанием в организме потребностей в карнитине. L-карнитин, поступаемый с пищей или синтезируемый в печени, затем транспортируется кровью к поперечно-полосатым мышцам, где активно усваи-вается.
Трудно подсчитать ежедневные потребности в карнитине. Эти потреб-ности зависят от состава корма, от про-центного содержания овощей в корме, которые уменьшают содержание карни-тина. Суточная потребность собаки в карнитине оцениваются в 50 мг на кило-грамм веса [32].
Анализ доступных коммерческих кормов показывает, что содержание карнитина в них, по сравнению с мясом, существенно ниже (примерно в 10 раз). Исследования проблемы связи между содержанием карнитина в рационе и уровнем его в крови, проведенные на 100 собаках, получавших пищу без све-жего мяса в виде различных доступных на рынке кормов, показали снижение свободного карнитина в крови на 50%.
Анализ собачьего корма 50 раз-личных видов, существующих на рынке, продемонстрировал уровень карнитина в пределах 0.7 до 5% от количества, со-держащегося в свежем мясе [23]. Коли-чество карнитина плазмы соответствова-ло его концентрации в корме.
Для обеспечения достаточного количества карнитина и во избежание его дефицита в организме предлагается добавка 200 мг/кг корма для нормально упитанной собаки. Более высокие по-требности в карнитине наблюдаются у щенков, выкармливаемых искусствен-ным кормом (низкие запасы карнитина в тканях, неразвитость синтеза карнити-на), а также у физически активных рабо-чих собак [2,30].
Распределение карнитина, про-исходящее в организме естественным путем, отражает уровень энергетическо-го обмена веществ в тканях, которые по-лучают свою энергию, главным образом, за счет бета-окисления липидов. Наибо-лее важным является миокард, который получает 80% своей энергии от жирных кислот [28,29]. В связи с этим макси-мальные концентрации карнитина обна-ружены в сердце, а также в мышцах скелета. У собак эти две группы мышц потребляют 95-98 % карнитина от общей потребности организма [33].
В то же время, содержание кар-нитина в других тканях (почки, печень), включая добавки на внеклеточном уровне, составляют не более 5%. Его концентрация в большинстве тканей значительно выше, чем в плазме крови. В сердце, зависящем от метаболизма липидов, карнитина в 300 раз больше, чем в плазме.
Метаболически активной формой карнитина в крови и тканях является свободный L-карнитин, который может соединяться с ацил-эфирами, в резуль-тате образуется ацил-карнитин. Общее количество карнитина представлено суммарным количеством L-карнитина и ацил-эфирного карнитина.
Содержание карнитина в орга-низме почти не меняется в результате обмена веществ и только незначительное количество карнитина расходуется в этом процессе. Некоторое количество его расходуется при образовании моло-ка. Выделяется карнитин c мочой у со-бак в неизмененном виде и достигает 0.1 мкмоль на кг веса в день [17].
Карнитин - вещество, естественно содержащееся в организме. В человече-ском организме его содержится около 20 г [31].
Токсичность карнитина иден-тична токсичности свободных амино-кислот, то есть весьма незначительна [3].
Карнитин может быть получен химическим путем в D- или L-формах. Однако только L-формы имеют физио-логическое значение и являются мета-болически активными. D-карнитин (правовращаемый) не только не оказы-вает никакого воздействия на клеточном уровне, но, кроме того, токсичен, осо-бенно для мышц сердца и скелета. У пациентов, получавших рацемический D, L-карнитин, наблюдались симптомы миастении [1].
Мышечная клетка производит энергию за счет расщепления углеводов и жирных кислот. Потребности в энер-гии при кратковременных нагрузках обеспечиваются в клетке "сжиганием" глюкозы (углеводов). При долговремен-ных сокращениях, вызываемых работой сердечной мышцы, энергия может быть получена только сжиганием липидов. Липиды являются топливом для такого рода продолжительной активности. Они - основной источник энергии, требуемой для энергетического кардиального обме-на. 80 % энергетических потребностей сердца обеспечиваются окислением сво-бодных жирных кислот [28,29]. С другой стороны, только 50 % энергетических потребностей мышц скелета обеспечива-ется за счет процесса обмена липидов. Остальная часть обеспечивается за счет углеводов или даже белков [31].
Основное назначение карнити-на - доставить липиды в митохондрии для бета-окисления. L-карнитин является средством доставки: только связанные L-карнитином жирные кислоты могут пройти через внутреннюю митохондри-альную мембрану и подвергнуться окис-лению. Двуокись углерода, вода и энер-гия обмена в виде АТФ вырабатываются только при достаточном количестве ки-слорода. Без L-карнитина процесс окис-ления вообще исключается. Вот почему аномалии при обмене карнитина ведут к нарушению кардиального энергетиче-ского метаболизма, связанного с ослаб-лением насосной функции сердца, что и было показано на животных [34].
В доставке жирных кислот из клеточной цитоплазмы в митохондрии участвуют следующие основные фер-менты: ацил-СоА-синтетаза, карнитин - ацил-трансфераза (САТ 1), карнитин - транслоказа, карнитин - ацил-трансфераза (CAT II). Несколько в уп-рощенном виде весь процесс можно представить следующим образом.
В первой фазе свободные жирные кислоты на клеточном уровне активируются ацил-СоА-синтетазой, находящейся с внешней стороны мито-хондрии и эндоплазматической сети, связывая их со свободным СоА, создавая ацил-СоА. Однако этот компонент все еще не может пройти через внутреннюю митохондриальную мембрану.
Во второй стадии задействуется транспортная система L-карнитина. Эта система доставляет жирные кислоты в митохондрии. CAT 1 катализирует аци-лирование карнитина жирными кисло-тами. Этот ацил-карнитиновый компо-нент транспортируется в митохондрии посредством карнитиновой транслоказы.
Последняя стадия состоит в пе-редаче жирных кислот свободному СоА, что выполняется CAT II, при этом высвобождается L-карнитин, который может быть еще раз использован в каче-стве средства доставки.
Активированные жирные ки-слоты (ацил-СоА), доставленные в клетку транспортной карнитиновой сис-темой, могут в последующем процессе окисления диссимилироваться в ацил-группы. При наличии кислорода ацил-СоА группы расщепляются в процессе обмена на двуокись углерода и воду, производя метаболическую энергию в виде АТФ [3].
Клинические случаи нехватки карнитина могут подразделяться на первичную (наследственную) и вторич-ную формы.
О врожденном дефиците карнитина у собак в доступной литературе сведений не найдено. Врожденный дефект карни-тинового обмена, изначально обуслав-ливающий недостаточность карнитина в организме людей, очень редко наблюда-ется у грудных детей, детей и взрослых [4]. В зависимости от локализации раз-личают три формы врожденного дефи-цита карнитина:
Вторичная карнитиновая не-достаточность наблюдается в связи с алиментарным дефицитом карнитина, неполным его синтезом в организме, не-нормальными потерями веса или при ис-ключительно высоких эндогенных (внутренних) потребностях организма в карнитине. Наиболее распространенная форма этой недостаточности наблюдает-ся в сердце при гипоксемии. Она может быть также названа "L-карнитиновая сердечная недостаточность".
Связь между L-карнитиновым обменом и развитием сердечной патоло-гии впервые получила подтверждение при наблюдении хомяков с наследствен-ной кардиомиопатией. У больных жи-вотных было обнаружено снижение всех карнитиновых компонентов в миокарде, включая свободный, общий и ацил-карнитин [18,19].
Проводившиеся в последнее время исследования по применению L-карнитиновых подкормок продемонст-рировали защитный эффект L-карнитина от изменений миокарда (некроз, фиброз, кальцификация) [25].
По связи между недостаточностью карнитина в миокарде и сердечными за-болеваниями у людей собран достаточно значительный материал. Существенно сниженные уровни карнитина в миокар-де были обнаружены у пациентов с ди-лятационной кардиомиопатией и ише-мической болезнью сердца. Общий уро-вень карнитина в миокарде снижался до 42% при сердечной недостаточности, включая дилятационную кардиомиопа-тию. На завершающих стадиях заболе-вания уровни карнитина были на 57% ниже нормы. Свободный карнитин со-кращался почти на 40% [35]. Затем было подтверждено, что недостаточность карнитина ведет к снижению сократи-мости сердечной мышцы, вызванной снижением концентрации АТФ в мио-карде. Это, в свою очередь, ведет в це-лом к ухудшению работы сердца.
Результаты эксперименталь-ных и клинических исследований собак позволяют выделить три формы сердеч-ных заболеваний с миокардной L-карнитиновой недостаточностью:
- дилятационная кардиомиопатия
- кардиальная гипоксемия
- аритмии
Другие случаи миокардной недостаточности (коронарные заболева-ния сердца, инфаркты миокарда, сахар-ный диабет, заболевания печени, болез-ни, вызванные фармакологическими препаратами: пивампицилином, вальп-роевой кислотой) как было описано в исследованиях людей, не получили под-тверждения при изучении этого вопроса у собак. [3,10].
Ряд авторов [20,22,24] показали наличие дилятационной кардиомиопа-тии, вызванной нехваткой L-карнитина, у различных пород собак (у боксеров, доберманов, кокер-спаниелей и собак других пород). Была обнаружена прямая связь между концентрациями миокард-ного L-карнитина и вентрикулярной функцией сердца [23].
Концентрации карнитина плазмы у нормальных здоровых собак коррелирует с концентрациями в мио-карде. Однако у собак с карнитиновой недостаточностью миокарда были уста-новлены несоответствия в концентраци-ях плазменного карнитина. Хотя выяв-лялась недостаточность карнитина в миокарде, уровень общего, свободного или эфирного определялся как снижен-ный, нормальный и даже повышенный [23], в частности, уровни свободного карнитина плазмы выше нормальных показателей были обнаружены у 50% собак, страдавших различными видами сердечной недостаточности.
Увеличенный приток в плазму L-карнитина из миокарда и извне вызывает дисбаланс между миокардным и плаз-менным карнитином (включая его фрак-ции). Высказываются также предполо-жения, что именно заниженные уровни плазменного L-карнитина лежат в основе кардиомиопатии или при легких заболе-ваниях, которые потом осложняются на конечных стадиях[23].
Наблюдения за показателями карнитина в сыворотке у людей с диля-тационной кардиомиопатией позволили установить связь между чрезвычайно высокой смертностью пациентов с воз-росшими концентрациями свободного карнитина по сравнению с пациентами, у которых эти показатели были в пределах нормальных уровней. Таким образом, возросший уровень концентрации кар-нитина в плазме крови является весьма неблагоприятным симптомом [9]. Была обнаружена связь между возросшим уровнем концентрации карнитина в сы-воротке и заниженным уровнем мио-кардного карнитина на конечной стадии сердечной недостаточности. Таким обра-зом, чтобы подтвердить диагноз о мио-кардной L-карнитиновой недостаточно-сти совершенно необходимо, по их предположению, проведение внутривен-ной эндомиокардной биопсии. Для собак также была разработана методика про-ведения данной биопсии [21].
При экспериментальных исследо-ваниях гипоксемии зарегистрировано весьма значительное снижение концен-трации свободного внутримиокардного L-карнитина. Вместе с тем, установлен рост уровней активированных ацил-СоА высокоуглеродных жирных кислот и ацил-карнитина.
Накопление жирных кислот и ацил-карнитина является основным фактором провоцирования ишемической болезни сердца. Наряду с ростом ацил-карнитина наблюдается значительное снижение свободного миокардного карнитина при ишемической болезни собак [3,5]. Предполагается, что потеря миокардного карнитина вызывается либо вымыванием его из сердечной мышцы, либо эфиризацией его до ацил-карнитина
В экспериментальное применение L-карнитиновые подкормок собак, показало снижение уровня аккумуляции длинно-цепочных метаболитов и улуч-шение миокардного энергетического обмена, ведущего к улучшению ранее сниженного функционального состояния сердечной мышцы [37]. При помощи карнитина удалось значительно снизить концентрации длинноцепочных ацил-СоА, накопленные в митохондриях при ишемии миокарда у собак [26].
У людей после лечения карнити-ном при помощи шунтирования были обнаружены значительно возросшие уровни АТФ в миокарде [4].
Исследования собак доказали, что аккумуляция высокомолекулярного ацил-карнитина, возникающая при ги-поксемии от избыточности процесса бе-та-окисления, ведет к нарушению рабо-ты a1-адренэргической рецепторной системы. Это, как предполагается, при-водит к возникновению аритмии [27]. После L-карнитиновых добавок насту-пили улучшения в электрофизиологиче-ской деятельности собак, страдавших гипоксемией/ишемией сердца. L-карнитин снизил желудочковую арит-мию и желудочковую фибрилляцию [36].
Итак, биохимические исследова-ния собак с гипоксемией показали, что назначение им L-карнитина приводит к:
- реактивации производства АТФ и предотвращению переизбытка фермен-тов (карнитин-ацил-трансферазы, Na+-K+-АТФ-азы, аденин-нуклеотид-трансферазы) с их негативными воздей-ствиями на производство АТФ, вызван-ными аккумуляцией высокомолекуляр-ного ацил-карнитина и ацил-СоА.
- к росту содержания свободного карнитина, который может быть приго-ден как средство доставки (для транс-портировки жирных кислот в клетку и токсичных метаболитов из клетки).
Экспериментальные и практиче-ские данные позволяют назначать кар-нитин для клинического использования в случае:
- дилятационной кардиомиопатии
- гипоксемии миокарда
- аритмии (для коррекции функ-ции a1-адренэргической рецепторной системы в условиях избыточности бета-окисления при гипоксемии).
Карнитин не обладает позитив-ным инотропным или сосудорасширяю-щим эффектом. Его воздействие на по-врежденный миокард скорее можно на-звать физиологическим анаболическим "допингом". L-карнитин поддерживает производство энергии в структурно и молекулярно измененных миоцитах и ведет к снижению уровня цито-токсичных длинноцепочных ацил-карнитиновых эфиров. Таким образом, карнитин является эффективным тера-певтическим средством, весьма ценно дополняющим традиционные методы лечения случаев дилятационной кардио-миопатии, сопровождающихся сердеч-ной недостаточностью и (или) ишемией сердца (сердечные гликозиды, сосудо-расширяющие средства, Са+2-антагонисты, антиаритмические препа-раты, диуретики и т. п.). Следует учесть, что применение L-карнитина является базовым методом лечения, который эф-фективно воздействует на функцию сердца.
Первые исследования были проведены [22] на двух боксерах с резкой формой дилятационной кардиомиопатии III и IY степени по классификации NYHA (Нью-Иоркской кардиологической ас-социации). Подтверждение дефицита L-карнитина в миокарде проводилось по-средством биопсии. Важно отметить, что уровень L-карнитина сыворотки крови был нормальным. Опыты проводились в течение года с дозой карнитина в 220 мг/кг per os в сутки. Клинические симптомы и объективные показатели улучшились в ходе применения L-карнитина. У одной из собак обычное кардиологическое лечение было пре-кращено через три недели в связи со стойкими клиническими улучшениями. В дальнейшем, при применении только карнитина, у животного был зарегист-рирован регулярный синусовый ритм, тогда как до этого отмечалась фибрил-ляция желудочков.
Клиническое состояние ухудша-лось при снижении суточной дозы до 70 мг/кг per os. В первую очередь отмеча-лись потери веса и сниженная толе-рантность к тренировкам.
При приостановке назначения препарата наблюдались резкие кризы с явными клиническими симптомами и ухудшение эхокардиографии. По возоб-новлении лечения карнитином состояние животных вновь улучшалось. Недавние исследования под-тверждают миокардную недостаточность карнитина в 50% случаях дилятационной кардиомиопатии у собак. Сис-тематические добавки в рацион карни-тина способствовали достоверному уве-личению продолжительности жизни [24].
В ряде случаев при дилятацион-ной кардиомиопатии у спаниелей на фоне сердечных гликозидов, адренэрги-ческих препаратов и диуретиков с по-степенным сокращением доз назначали таурин (500 мг дважды в день), а также 1000 мг карнитина на собаку. По дос-тижении хороших клинических резуль-татов дозу карнитина и таурина сокра-щали. В начале терапии электрокардио-графически полноценные сокращения составляли 13%, а после трех месяцев лечения улучшились до 25%. В работе отмечается, что назначение только тау-рина не приводило к улучшению состоя-ния, поэтому авторы рекомендуют в те-рапии кокер-спаниелей вводить карни-тин [цит. по 8].
Предлагают дозы L-карнитина в 50-100 мг на кг веса per os в качестве ос-новного курса лечения дилятационной кардиомиопатии [24]. Можно ожидать рост показателей карнитина в плазме бо-лее чем в 10 раз. Позже (через один-два месяца) становится заметным рост ткани (миокарда). Таким образом, карнитино-вая терапия целесообразна только как долговременная или постоянная.
Помимо положительных резуль-татов в случаях дополнительного лече-ния карнитином при миокардной дис-функции, у спортсменов был обнаружен сопутствующий эффект, например, от-мечено повышение выносливости. При дополнительном приеме карнитина от-мечалось сокращение восстановительно-го периода и улучшение физического состояния у гребцов, велосипедистов и бегунов на марафонскую дистанцию.
У собак L-карнитин увеличивал мышечную силу на 30 %. С помощью карнитина удалось добиться существен-ного роста физической выносливости и силы ездовых собак. По этом была уста-новлена ежедневная оптимальная доза карнитина в 50-100 мг на кг веса.
L-карнитиновая терапия дилята-ционной кардиомиопатии может рас-сматриваться как основное физиологи-ческое лечение, направленное на общее улучшение энергетического состояния сердца за счет увеличения производства АТФ (использование L-карнитина в ка-честве энергетического активатора). Причем его применение не оказывает негативного действия на другие препа-раты, которые назначаются для под-держки сердечной деятельности такие, как сердечные гликозиды, вазорасши-ряющие агенты, Са2+-антагонисты, про-тивоаритмические средства, диуретики и т. п. Процесс взаимодействия пере-численных препаратов с L-карнитином пока не известен.
Будучи веществом, которое со-держится в организме в естественном виде, L-карнитин обладает невысокой токсичностью, как это наблюдается в отношении свободных аминокислот. В редких случаях и при дозах, превы-шающих 200 мг на кг веса в день, у не-которых собак (около 10-20%) наблю-даются случаи скоротечного расстрой-ства желудка в мягкой форме [17].
L-карнитин обнаруживается в организме в свободной и эфирной форме и может быть определен количественно. Количественное содержание карнитина в целом различается от количества свободного карнитина на величину эфирного карнитина. Ацил-карнитины с короткой цепочной связью могут также отличаться от ацил-карнитинов с длинной цепочной связью. Ацил-карнитины с короткими цепочками - это, главным образом, ацил-, пропионил- и производные от них карнитины.
Основным методом анализа на сегодняшний день является ферментная процедура (спектроскопия/радиоско-пия). Определение общего количест-венного содержания карнитина и коли-чества свободного карнитина в плазме и тканях рекомендуется для диагностики карнитиновой недостаточности.
Количество свободного карнити-на в плазме физиологически снижается у людей после коротких периодов воз-держания от пищи (поста) (длительно-стью до 12 часов). Так, показатели со-держания свободного карнитина в плазме / сыворотке в утреннее время занижены. Общее количественное со-держание карнитина в организме оста-ется неизменным
Из анализа данных, установлен-ных [23], очевидно, что общее содержа-ние карнитина в плазме собак на две трети меньше того уровня, который был установлен исследованиями человече-ского организма. Концентрации карни-тина в миокарде собак также были более чем на одну треть меньше, чем было об-наружено в области левого клапана че-ловеческого сердца [34].
Итак, вещество, синтезируемое в организме из двух незаменимых аминокислот, имеющее ключевое зна-чение в обеспечении сердечной мыш-цы животных и человека энергией за счет ?-окисления жирных кислот в настоящее время достаточно хорошо изучено. Определены потребности животных, а также клинические про-явления недостаточности. Хотя и имеются коммерческие подкормки с карнитином, большинство фирм-производителей кормов, за редким ис-ключением, не регламентирует его со-держание в своей продукции.
В клинической практике не столь редки случаи сердечных заболе-ваний у животных и ветеринарным врачам, на наш взгляд, есть смысл рассмотреть возможность использо-вания L-карнитина как эффективного профилактического и лечебного сред-ства.