Carnitina libera in urina

Laborator Synevo

 

Informatii generale si recomandari pentru determinarea carnitinei totale si libere in ser, precum si a carnitinei libere in urina

Carnitina (β-hidroxi-γ-trimetilamoniu butirat) este un compus cuaternar de amoniu sintetizat primar in ficat si rinichi din doi aminoacizi esentiali: lizina si metionina¹.

Este prezenta sub forma a doi stereoizomeri: L-Carnitina care este biologic activa  si D-Carnitina, biologic inactiva. Vitamina C (acidul ascorbic) este absolut necesara pentru sinteza carnitinei².

Datorita moleculei sale mici si hidrosolubile carnitina se leaga de acizii grasi cu lant lung si faciliteaza transportul acestora prin membrana mitocondriala interna in matricea mitocondriala unde vor fi degradati prin procesul de beta-oxidare in acetil Co-A pentru a obtine astfel energie utilizabila via ciclul Krebs^1;2.

Pentru a fi legati de carnitina si a forma acilcarnitina acizii grasi trebuie sa fie mai intai activati. In acest scop, acizii grasi liberi din citosol vor fi atasati de coenzima A (Co-A) printr-o legatura tioester, reactia fiind catalizata de acil Co-A sintetaza; gruparea acil de pe Co-A poate fi astfel transferata carnitinei, iar acil-carnitina (carnitina esterificata) rezultata va fi transportata in matricea mitocondriala. Procesul cuprinde urmatoarele etape:

• acil Co-A va fi transferata gruparii hidroxil a carnitinei (etapa de esterificare) cu ajutorul enzimei carnitin-acil transferaza I (palmitoiltransferaza I, CPT-I) localizata pe membrana mitocondriala externa;
• acilcarnitina va patrunde in mitocondrie prin intermediul carnitin-acilcarnitin translocazei (CACT);
• acilcarnitina va fi convertita in acil Co-A de catre carnitin-acil transferaza II (palmitoiltransferaza II, CPT-II) localizata pe membrana mitocondriala interna, iar carnitina eliberata se va intorce in citosol;
• acil Co-A va fi catabolizata prin beta-oxidare cu producerea in conditii normale de acetil Co-A; in final gruparile acetil sunt convertite in acetil-carnitina prin actiunea carnitin-acetil transferazei (CAT) pentru a fi exportate din mitocondrie^3;4.
• Carnitina din organism provine atat din dieta (numai din alimente de origine animala: carme, lapte si derivatele acestora), cat si din biosinteza (proces foarte lent). Cea mai mare cantitate de carnitina se gaseste intracelular; nu este metabolizata, iar excretia sa in urina este limitata de existenta unui mecanism de reabsorbtie tubulara foarte eficient reprezentat de transportorul OCTN2 (un transportor de cationi organici ce intervine in transportul dependent de sodiu al carnitinei). Acest transportor este implicat si in captarea carnitinei de catre celulele tesuturilor muscular si cardiac¹.

Concentratia totala de carnitina include atat carnitina libera cat si cea legata (acilata) si reflecta nivelurile din ser si tesuturi (hepatic, muscular, renal). Concentratia serica de carnitina libera se afla in echilibru dinamic cu acilcarnitinele, un raport acilcarnitina/carnitina libera ≤0.4 fiind considerat normal⁵.

In concluzie, carnitina si esterii sai (acilcarnitinele) sunt necesare metabolismului energetic normal indeplinind patru functii:

• transportul acizilor grasi cu lant lung din citosol in mitocondrie pentru β-oxidare;
• exportul din mitocondrie al gruparilor acil-CoA cu lant scurt produse in mod fiziologic;
• echilibrarea raportului CoA libera/CoA esterificata;
• indepartarea gruparilor potential toxice de acil-CoA din celule si tesuturi.

Evaluarea carnitinei in ser si urina constituie un test screening recomandat pacientilor suspectati de tulburari primare ale ciclului carnitinei sau tulburari secundare ale nivelului acesteia ca rezultat al acidemiilor organice si al tulburarilor oxidarii acizilor grasi. In ultimul caz gruparile acil-CoA se acumuleaza si sunt excretate in urina sau in bila drept derivati de carnitina, ducand la o deficienta secundara de carnitina. Au fost descrise mai mult de 100 de tulburari primare sau secundare ale ciclului carnitinei, incidenta cumulata a acestora fiind de aproximativ 1:1000 nou-nascuti vii⁶.

Tabloul clinic care poate ridica suspiciunea unor astfel de afectiuni include:  slabiciune musculara cronica, hipotonie, cardiomiopatie, miopatie asociata cu depunerea de lipide, retard de crestere, episoade de hipoglicemie sau de acidoza metabolica. Determinarea carnitinei libere in urina este indicata atunci cand este suspectat un defect de transport la nivel renal si dupa ce au fost obtinute niveluri serice reduse ale carnitinei⁷.

Specimen recoltat – a) sange venos, pentru carnitina totala si libera in ser; b) urina din 24 ore, pentru carnitina urinara⁸.

Recipient de recoltare – a) vacutainer fara anticoagulant cu/fara gel separator; b) vas de 2 – 3 litri si pahar de plastic de unica folosinta pentru urina, pe care se noteaza cantitatea totala de urina din 24 ore⁸.

Prelucrare necesara dupa recoltare

3. a) se separa serul prin centrifugare; b) proba se pastreaza la 2-8°C; nu se adauga conservanti³.

Volum minim proba – a) cate 2 mL ser pentru carnitina totala si pentru carnitina libera; b) 10 mL urina⁸.

Cauze de respingere a probei – a) specimen intens hemolizat; b) urina contaminata cu materii fecale⁸.

Stabilitate proba – 7 zile la 2-8°C; timp indelungat la -20°C (pentru ambele tipuri de proba)⁸.

Metoda – cromatografie de lichide cuplata cu spectrometrie de masa (LC/MS)⁸.

Valori de referinta⁸ 

Carnitina totala in ser
1 zi		23.3 – 67.9	µmol/l
2 – 7 zile		17.4 – 40.6	µmol/l
8 – 28 zile		18.5 – 58.7	µmol/l
28 zile  – 1 an		38.1 – 68.0	µmol/l
> 1 an	F B	22.9 –53.3 29.0 – 58.2	µmol/l µmol/l
Carnitina libera in ser
1 zi		11.5 – 36.0	µmol/l
2 – 7 zile		10.0 – 21.0	µmol/l
8 – 28  zile		12.3 – 46.2	µmol/l
29 zile  – 1 an		26.9 – 49.0	µmol/l
> 1 an	F B	17.9 – 45.5 24.6 – 41.2	µmol/l µmol/l
Carnitina libera in urina
<  1 luna		0.3 – 1.1	mg/24 ore
1 luna – 1 an		0.1 – 6.5	mg/24 ore
1 – 2 ani		3.0 – 11.0	mg/24 ore
2 – 7 ani		3.0 – 16.0	mg/24 ore
> 7 ani	F B	2.2 –5.6 15.2 – 41.2	mg/24 ore mg/24 ore

Interpretarea rezultatelor

VALORI SCAZUTE ALE CARNITINEI

• DEFICITUL PRIMAR DE CARNITINA

Deficitul primar de carnitina este o afectiune autozomal-recesiva rara cauzata de mutatii ale genei SLC22A5 ce determina o alterare a transportorului OCTN2. Datorita reabosrbtiei tubulare renale defectuoase 90-95% din carnitina filtrata este eliminata in urina ceea ce va duce la o depletie severa a carnitinei intracelulare. Sunt afectate trei tipuri de tesuturi/organe ca urmare a incapacitatii de a oxida acizii grasi pentru a furniza energie in starile catabolice:

-miocard, cu dezvoltarea unei cardiomiopatii progresive;

-sistem nervos central, cu encefalopatie cauzata de hipoglicemie hipoketotica;

-musculatura scheletica, cu miopatie.

Au fost descrise trei entitati clinice distincte in care sunt implicate mutatii diferite ale genei SLC22A5: perinatala, infantila si varianta ce apare la adult.

Evolutia afectiunii este letala in absenta tratamentului, insa suplimentarea cu L-carnitina previne progresia bolii.

Masurarea carnitinei totale si libere in ser este esentiala pentru diagnostic, inregistrandu-se valori foarte scazute ale ambilor parametrii (<1µmol/L). Totusi pentru a distinge aceasta afectiune de alte cauze de deficienta de carnitina sunt necesare investigatii suplimentare cum ar fi: profilul de acilcarnitine, aminoacizii in plasma, acizii organici in urina^1;5.

• DEFICITUL DE CARNITIN-ACILCARNITIN TRANSLOCAZA (CACT)

Este tot o afectiune cu transmitere autozomal-recesiva ce este cauzata de mutatii ale genei SLC25A20 rezultand o proteina CACT defectuoasa. Boala debuteaza de obicei in perioada neonatala cu convulsii, apnee, tulburari de ritm cardiac, crizele fiind declansate de lipsa alimentatiei, infectii virale, stres. Alaturi de valori scazute ale carnitinei libere testele de laborator indica hipoglicemie hipoketotica, niveluri crescute de amoniac, creatinkinaza, enzime hepatice precum si de acilcarnitine cu lant lung; analiza acizilor organici arata acidurie dicarboxilica. Tratamentul consta in administrari frecvente de carbohidrati, trigliceride cu lant mediu si carnitina¹.

• DEFICITUL DE PALMITOILTRANSFERAZA II (CPT-II)

Este o afectiune cu transmitere autozomal-recesiva, insotita de niveluri scazute ale carnitinei libere, ce debuteaza tipic ca miopatie la adolescent sau adult, desi poate prezenta rar si forme neonatale sau infantile severe.

Fenotipul manifestat la adult este oarecum benign, simptomele (dureri musculare) fiind induse de efort fizic intens, stari febrile prelungite sau post indelungat.

Forma neonatala este o conditie letala cu evolutie rapida ce se manifesta prin encefalopatie cu convulsii, cardiomegalie si tulburari de ritm, hepatomegalie, tulburari respiratorii.

Forma infantila debuteaza la varsta de 6-24 luni cu episoade de convulsii, insuficienta hepatica, hipoglicemie hipoketotica, acidoza metabolica, niveluri crescute de creatinkinaza, hepatomegalie reversibila, iar unele cazuri cu cardiomiopatie si tulburari de ritm precipitate de infectii sau post prelungit^1;5.

Atat in deficienta de CPT-II cat si in cea de CACT, carnitina plasmatica totala poate avea valori normale, aceasta fiind prezenta mai ales sub forma de esteri ai acilcarnitinei cu acizi grasi cu lant lung, din cauza refluxului de la nivelul mitocondriei sau lipsei transportului in mitocondrie. Aceste afectiuni sunt tratate prin suplimentarea cu carnitina, administrarea unei cantitati crescute de carbohidrati si prin evitarea postului⁹.

•  DEFICITUL SECUNDAR DE CARNITINA

Poate fi intalnit in conditii variate: boli neuromusculare (distrofia Duchenne/Becker), tulburari gastrointestinale, cardiomiopatia familiala, tubulopatii renale (sindrom Fanconi, sindrom Lowe), insuficienta renala cronica cu hemodializa, tratamentul prelungit cu steroizi, antibiotice,  anticonvulsivante (acid valproic), nutritia parenterala totala. Aciduriile organice precum si tulburarile in ciclul ureei pot cauza de asemenea deficit secundar de carnitina^1;6.

VALORI CRESCUTE ALE CARNITINEI

Sunt intalnite in deficitul de palmitoiltransferaza I (CPT-I) determinat de mutatii ale genei care codifica enzima ce leaga carnitina de acizii grasi cu lant lung. Boala debuteaza la copiii < 18 luni cu encefalopatie, convulsii, hipoglicemie hipoketotica, manifestarile fiind declansate de infectii virale minore sau lipsa alimentatiei.

Testele de laborator indica concentratii crescute ale carnitinei libere in ser ce pot depasi 100 µmol/L alaturi de niveluri scazute ale acilcarnitinelor cu lant lung.

Tratamentul consta in evitarea postului (administrarea in cursul noptii de mese cu amidon de porumb) si imbogatirea dietei cu trigliceride cu lant mediu care nu necesita legarea de carnitina pentru a patrunde in matricea mitocondriala^1;9.

Limite si interferente

Valori fals scazute ale carnitinei, cu caracter tranzitoriu, au fost raportate la nou-nascutii ale caror mame sufera de deficit primar de carnitina¹.

Bibliografie

1. Nelson L. Stephen. Free and Total Carnitine. Medscape Reference. http://emedicine.medscape.com. 2013.
2. Steiber A, Kerner J, Hoppel C. Carnitine: a nutritional, biosynthetic, and functional perspective. In Mol. Aspects Med. 25 (5–6): 455–73, 2004.
3. Olpin S. Fatty acid oxidation defects as a cause of neuromyopathic disease in infants and adults”. Clin. Lab. 51 (5–6): 289–306, 2005.
4. Christie W. William. Carnitine and Acylcarnitines. Structure, occurrence, biology and analysis. http://lipidlibrary.aocs.org/lipids/carnitin. Reference Type: Internet Communication.
5. Flanagan L. Judith et al. Role of carnitine in disease. In Nutrition & Metabolism 2010, 7:30.
6. Mayo Clinic. Mayo Medical Laboratories. Carnitine, Serum. www.mayomedicallaboratories.com. Reference Type: Internet Communication, 2013.
7. All Children’s Hospital. Johns Hopkins Medicine. Carnitine Free and Total. www.allkids.org.. Reference Type:Internet Communication, 2013.
8. Laborator Synevo. Referinte specifice tehnologiei de lucru utilizate 2013. Ref Type: Catalog.
9. Baynes J.W., Dominiczak M.H., Medical Biochemistry third edition, Mosby, Sauders, 2009, 191.