Уровень L-карнитина общего и свободного в крови

L-карнитин — витаминоподобное соединение, являющееся производным аминокислот лизина и метионина. Его основная биологическая функция заключается в транспорте длинноцепочечных жирных кислот из цитоплазмы через внутреннюю мембрану митохондрий в матрикс, где они подвергаются β-окислению с образованием ацетил-КоА и последующей генерацией АТФ — универсальной энергетической «валюты» клетки. Без карнитина длинноцепочечные жирные кислоты не способны самостоятельно преодолеть митохондриальную мембрану, и β-окисление становится невозможным. Этот механизм, получивший название «карнитиновый челнок», осуществляется ферментами карнитинпальмитоилтрансферазой I (CPT I, на наружной мембране митохондрий), карнитин-ацилкарнитинтранслоказой (CACT, в толще мембраны) и карнитинпальмитоилтрансферазой II (CPT II, на внутренней мембране).
Помимо транспорта жирных кислот, карнитин выполняет вторую критически важную функцию — буферизацию соотношения ацил-КоА/свободный КоА внутри митохондрий. При накоплении токсичных ацил-КоА-эфиров (что происходит при ряде наследственных дефектов метаболизма и при метаболическом стрессе) карнитин связывает избыточные ацильные группы, образуя ацилкарнитины, которые выводятся с мочой. Этот механизм детоксикации защищает митохондрии от повреждения, но одновременно истощает запасы свободного карнитина.
L-карнитин также участвует в регуляции оксидативного стресса и апоптоза (программированной клеточной гибели), что расширяет его биологическое значение за пределы энергетического метаболизма. L-карнитин является кофактором многих биохимических реакций в организме. При этом L-карнитин не вызывает токсических эффектов, и его избыток в организме не опасен — излишки эффективно выводятся почками, что отличает карнитин от большинства жирорастворимых витаминов и микроэлементов.
В организм карнитин поступает двумя путями: экзогенное поступление с пищей (красное мясо, рыба, сыры, творог и другие молочные продукты — основные источники; растительная пища содержит минимальные количества) и эндогенный синтез из лизина и метионина преимущественно в почках и печени при участии витамина С, витамина B6, ниацина и железа. У здоровых взрослых эндогенный синтез покрывает приблизительно 25% потребности, остальные 75% обеспечиваются алиментарным поступлением. Около 98% общего пула карнитина в организме сосредоточено в скелетных мышцах и миокарде — тканях с наибольшей зависимостью от окисления жирных кислот. Уровень карнитина зависит от особенностей питания, физических нагрузок и сопутствующих заболеваний.

Данное исследование определяет одновременно две формы карнитина в крови: свободный L-карнитин (не связанный с ацильными группами, готовый к выполнению транспортной функции) и общий карнитин (сумма свободного карнитина и всех ацилкарнитинов). Метод исследования: тандемная масс-спектрометрия (МС/МС, ВЭЖХ-МС). 

Клиническое значение

Диагностика первичного системного дефицита карнитина. Первичный дефицит карнитина — аутосомно-рецессивное заболевание, обусловленное мутациями гена SLC22A5, кодирующего высокоаффинный транспортёр карнитина OCTN2 в почечных канальцах, мышцах и сердце. При дефекте OCTN2 нарушается реабсорбция карнитина в почках (в норме реабсорбируется более 95% профильтрованного карнитина), и карнитин теряется с мочой. Уровень свободного карнитина в крови снижается до 1–5% от нормы. Заболевание манифестирует в детском возрасте и сопровождается яркой симптоматикой: прогрессирующая кардиомиопатия (дилатационная или гипертрофическая), скелетная миопатия (мышечная слабость, непереносимость физической нагрузки), гипокетотические гипогликемии (неспособность генерировать кетоновые тела при голодании из-за блокады β-окисления), гипераммониемия, гепатомегалия (увеличение печени вследствие накопления липидов в гепатоцитах), печёночная энцефалопатия при метаболическом стрессе. Без лечения заболевание может приводить к летальному исходу. Определение свободного карнитина в крови является ключевым скрининговым тестом: уровень ниже 10 мкмоль/л (при норме 25–50 мкмоль/л) с высокой вероятностью указывает на первичный дефицит. Заместительная терапия L-карнитином внутрь (100–400 мг/кг/сут) является спасающим жизнь лечением и назначается пожизненно.

Диагностика вторичного дефицита карнитина . Вторичная недостаточность карнитина может наблюдаться во всех возрастных группах и развивается на фоне других заболеваний и состояний, при которых карнитин расходуется, теряется или недостаточно поступает. Наиболее значимые причины: наследственные дефекты β-окисления жирных кислот (дефицит MCAD, VLCAD, LCHAD, CPT I, CPT II, CACT) — при этих состояниях накапливаются ацил-КоА-эфиры, которые связывают карнитин и выводятся в виде ацилкарнитинов, истощая свободный пул; органические ацидемии (пропионовая, метилмалоновая, изовалериановая ацидемия) — аналогичный механизм истощения; врождённые дефекты ферментов цикла синтеза мочевины — карнитин расходуется на детоксикацию накапливающихся метаболитов; хроническая болезнь почек и гемодиализ — карнитин теряется через диализную мембрану, поскольку его молекулярная масса (161 Да) значительно ниже порога проницаемости; вальпроевая кислота (противоэпилептический препарат) — образует вальпроилкарнитин, который экскретируется с мочой; зидовудин (антиретровирусный препарат, применяемый при ВИЧ-инфекции) — нарушает митохондриальную функцию и вторично истощает карнитиновый пул; длительное парентеральное питание без добавок карнитина; недоношенность (незрелость эндогенного синтеза); строгая веганская диета в сочетании с повышенными потребностями (беременность, лактация, интенсивные физические нагрузки). При вторичном дефиците свободный карнитин снижен, ацилкарнитины повышены, соотношение AC/FC увеличено — это отличает его от первичного дефицита, при котором снижены обе фракции.

Мониторинг при наследственных болезнях обмена веществ . У пациентов с установленными дефектами β-окисления жирных кислот, органическими ацидемиями и дефектами цикла мочевины серийное определение свободного и общего карнитина используется для мониторинга адекватности заместительной терапии и оценки метаболической компенсации. Снижение свободного карнитина и нарастание соотношения AC/FC указывают на метаболическую декомпенсацию и необходимость коррекции терапии.

Кардиомиопатии неясного генеза . Дилатационная кардиомиопатия, особенно у детей и молодых взрослых, при отсутствии очевидных кардиологических причин может быть проявлением первичного или вторичного дефицита карнитина. Определение карнитина в крови входит в стандартное метаболическое обследование при кардиомиопатиях неясной этиологии и может выявить состояние, при котором специфическая заместительная терапия приводит к полному или значительному восстановлению функции сердца.

Гипокетотическая гипогликемия у детей . Нарушение β-окисления жирных кислот проявляется неспособностью организма генерировать кетоновые тела при голодании. Ребёнок развивает гипогликемию без кетонурии — характерная метаболическая ситуация, при которой определение карнитина является одним из ключевых диагностических шагов.

Мышечная слабость и непереносимость физической нагрузки . Скелетные мышцы являются основным депо карнитина и наиболее зависимы от β-окисления жирных кислот при длительных нагрузках. Дефицит карнитина проявляется миопатией, утомляемостью, непереносимостью физической нагрузки, мышечными болями. Определение карнитина обосновано при необъяснимой миопатии, особенно липидной миопатии.

Хроническая болезнь почек и гемодиализ . Потери карнитина через диализную мембрану при регулярном гемодиализе приводят к прогрессивному истощению запасов. Дефицит карнитина у диализных пациентов ассоциирован с кардиомиопатией, мышечной слабостью, утомляемостью, анемией, резистентной к эритропоэтину. Серийное определение карнитина рекомендуется для обоснования заместительной терапии и мониторинга её адекватности.

Приём вальпроевой кислоты . Длительная терапия вальпроатами, особенно в высоких дозах и у детей, ассоциирована с истощением карнитина, что может проявляться гепатотоксичностью (вплоть до фатальной печёночной недостаточности, особенно у детей до 2 лет с нераспознанными митохондриальными заболеваниями), гипераммониемией, мышечной слабостью. Мониторинг карнитина рекомендуется у пациентов на длительной терапии вальпроатами.

Терапия зидовудином при ВИЧ-инфекции . Зидовудин нарушает митохондриальную функцию и вторично истощает карнитиновый пул. Мониторинг карнитинового статуса обоснован у пациентов на длительной антиретровирусной терапии, включающей зидовудин, особенно при появлении миопатии или утомляемости.

Мониторинг при сердечно-сосудистых и метаболических заболеваниях . Определение карнитина обосновано при наблюдении пациентов с заболеваниями периферических сосудов, сахарным диабетом, артериальной гипертензией, хронической сердечной недостаточностью, ишемической болезнью сердца и дислипидемией. Роль карнитина в энергетическом метаболизме миокарда и скелетных мышц, а также его участие в регуляции оксидативного стресса обосновывают оценку карнитинового статуса у этих пациентов, особенно при сочетании с клиническими признаками дефицита (утомляемость, мышечная слабость, непереносимость нагрузки) или при наличии дополнительных факторов риска истощения карнитина (ХБП, приём препаратов, ограничительные диеты).

Оценка энергетического метаболизма при митохондриальных заболеваниях . При митохондриальных болезнях нарушается работа дыхательной цепи, вторично страдает β-окисление, накапливаются ацил-КоА-эфиры, истощается свободный карнитин. Профиль карнитина (снижение свободного, повышение AC/FC) является косвенным маркёром митохондриальной дисфункции и входит в стандартную метаболическую панель при подозрении на митохондриальные заболевания.

Ограничения

Уровень карнитина в крови отражает циркулирующий пул и не всегда точно соответствует тканевым запасам. Около 98% общего карнитина в организме находится в скелетных мышцах и миокарде; при начальных стадиях дефицита тканевые запасы могут быть уже истощены при ещё нормальном уровне в крови. Тем не менее при выраженном дефиците снижение в крови надёжно коррелирует с клинической симптоматикой.
На уровень свободного карнитина влияют: длительность голодания (снижение при длительном голодании из-за расходования на транспорт жирных кислот), приём экзогенного L-карнитина (повышение), приём вальпроевой кислоты, зидовудина и пивалоилсодержащих антибиотиков (снижение), функция почек (снижение при ХБП из-за потерь), диета (низкий уровень при строгом вегетарианстве/веганстве), физические нагрузки (транзиторное снижение при интенсивных нагрузках), возраст (у новорождённых и недоношенных уровень ниже из-за незрелости синтеза).
Повышение соотношения AC/FC не является специфичным для какого-либо конкретного заболевания — оно наблюдается при широком спектре нарушений β-окисления, органических ацидемий, дефектов цикла мочевины и других состояний. Для дифференциальной диагностики требуется развёрнутый профиль ацилкарнитинов (отдельное исследование), позволяющий идентифицировать конкретные накапливающиеся ацильные фракции.
Нормальный уровень карнитина в крови не исключает мышечную форму дефицита карнитина, при которой нарушен транспорт карнитина в мышечные клетки при нормальном содержании в крови.

Результаты интерпретируются врачом (генетик, невролог, кардиолог, педиатр, нефролог) с учётом клинической картины, данных профиля ацилкарнитинов, органических кислот в моче, генетического обследования и других лабораторных и инструментальных данных.