Μελέτη της ανεπάρκειας της καρνιτίνης καθώς και της έκφρασης των πρωτεϊνών μεταφορέων της κατά τη φυσιολογική κύηση

Abstract

Introduction: Carnitine maintains a crucial role in the process of transporting long chain fatty acids in order to oxidize and provide the human body with sufficient energy. Plasma carnitine deficiency presents as a metabolic disorder. Aim: During pregnancy, the total plasma carnitine gradually decreases to the levels of patients with known carnitine deficiency, but without any clinical symptoms. Aim of our study was to thoroughly investigate carnitine biosynthesis in pregnant women and any possible clinical implications. Material and methods: The population of our prospective study consisted of healthy pregnant women (study group) and women of reproductive age who were surgically treated for a benign gynecological condition (control group). 4-N-trimethylaminobutyrate, L-carnitine, acyl-carnitines, 3-hydroxy-6-N-trimethyl-lysine (HTML) and 6-N-trimethyl-lysine (TML) were measured in maternal plasma, in arterial and venous blood from the umbilical cord, in amniotic fluid and in maternal urine samples. Results: Values of L-carnitine and its precursor molecule 4-N-trimethylaminobutyrate were statistically significantly lower in both plasma, amniotic fluid and urine samples from our study group (pregnant women). This differentiation is not connected to plasma urea concentration. Specific (C0, C2, C16, C18:2, C18) but not all carnitine fractions appear reduced in maternal blood, compared to blood from the control group. Specific carnitine fractions appear to be distributed independently from total carnitine (C16_1, C10DC, C16_1OH, C16OH, C18_1, C18_1OH, C18OH). Conclusions: Our study further clarifies the pathophysiology of carnitine deficiency during normal gestation. Mean values of L-carnitine and its precursor molecule 4-N-trimethylaminobutyrate appear to be statistically significantly higher in non-pregnant compared to pregnant women. Positive correlation has been shown between the two molecules, whereas no correlation exists between carnitine and plasma ferrum. Our study confirms for the first time that specific (C0, C2, C16, C18:2, C18) and not all carnitine fractions appear reduced in maternal blood compared to blood from the control group. Investigating carnitine values between maternal blood, urine and amniotic fluid samples, a high positive correlation was established, suggestive of unrestricted carnitine transportation towards amniotic fluid and urine, despite carnitine low plasma levels. Connecting carnitine values in maternal blood to various fractions’ concentrations leads to the conclusion that only specific carnitine fractions correlate positively. This confirms that specific carnitine fractions appear to act independently from total carnitine, probably because they are being used by the fetus (C16_1, C10DC, C16_1OH, C16OH, C18_1, C18_1OH, C18OH). Low carnitine levels are confirmed, not only in maternal blood but also in amniotic fluid and urine of the study group. They are not related to renal function status. Not all carnitine fractions follow the same fluctuation. Only specific carnitine fractions appear reduced in pregnancy, suggesting possible metabolic needs for those that the fetus is unable to compose. Future measurements of carnitine and carnitine fractions in muscular tissue may provide the final answers to the pathophysiology of carnitine deficiency phenomenon. Although this doesn’t seem to have an important clinical significance in term pregnancies, it holds great interest for premature neonates, because of fetal inability to maintain energy homeostasis, for which supplementary carnitine fractions’ administration is beneficial, improving fetal body weight and respiratory function.

Εισαγωγή: Η καρνιτίνη κατέχει κεντρικό ρόλο στη μεταφορά των λιπαρών οξέων μακράς αλύσου (LCFA) στη μιτοχονδριακή θεμέλια ουσία, προκειμένου να οξειδωθούν και, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, να καλυφθεί ενεργειακά ο οργανισμός. Η έλλειψή της εκφράζεται ως διαταραχή του διάμεσου μεταβολισμού, με ποικίλης βαρύτητας κλινικά συμπτώματα. Κατά τη διάρκεια της κύησης, η ολική καρνιτίνη του πλάσματος μειώνεται προοδευτικά και φθάνει τα επίπεδα ασθενών που πάσχουν από έλλειψη καρνιτίνης, χωρίς ωστόσο την εκδήλωση συμπτωματολογίας.Σκοπός: Το φαινόμενο της ελάττωσης των επιπέδων της καρνιτίνης κατά τη διάρκεια της κύησης, δεν έχει διερευνηθεί πλήρως μέχρι σήμερα. Επαρκής εξήγηση στο φαινόμενο της ανεπάρκειας της καρνιτίνης δεν είναι δυνατόν να δοθεί, δεδομένου ότι ακόμη δεν έχει προσδιοριστεί η συγκέντρωση της καρνιτίνης στους μυς εγκύων γυναικών, όπου εκεί αντιπροσωπεύεται το 90% της συνολικής καρνιτίνης του σώματος. Επιπλέον, δεν έχει μελετηθεί η βιοσύνθεση της καρνιτίνης στις έγκυες γυναίκες. Υλικό και Μέθοδος: Το υλικό της έρευνάς μας περιλαμβάνει 20 υγιείς έγκυες γυναίκες, που αποτέλεσαν την ομάδα μελέτης και 20 υγιείς γυναίκες αναπαραγωγικής ηλικίας, που αποτέλεσαν την ομάδα ελέγχου. Η ομάδα ελέγχου συγκροτήθηκε από γυναίκες που εισήχθησαν στο Νοσοκομείο για να χειρουργηθούν για καλόηθες γυναικολογικό νόσημα (ινομυώματα μήτρας). Πέραν των εξετάσεων ρουτίνας που πραγματοποιήθηκαν και στις 2 ομάδες γυναικών, στην ομάδα μελέτης μετρήθηκαν τα μόρια: 4-N-trimethylamino-butyrate (βουτυροβεταΐνη), L-καρνιτίνη, 3-ύδροξυ-6-N-τριμεθυλλυσίνη (HTML) και 6-N-τριμεθυλλυσίνη (TML), τα οποία υπολογίστηκαν στο πλάσμα του μητρικού αίματος, του αίματος της ομφαλικής αρτηρίας και του αίματος της ομφαλικής φλέβας. Τα ίδια μόρια μετρήθηκαν στα δείγματα του αμνιακού υγρού καθώς και στα μητρικά ούρα, στα οποία μετρήθηκαν και οι τιμές της κρεατινίνης και υπολογίσθηκε ο λόγος των τιμών των μετρηθέντων μορίων προς αυτήν. Επίσης, μετρήθηκαν τα παρακάτω μόρια της ακυλκαρνιτίνης στο πλάσμα του μητρικού αίματος, του αίματος της ομφαλικής αρτηρίας και του αίματος της ομφαλικής φλέβας: C0, C2, C3, C4, C5_1, C5, C4_3OH, C6, C5OH, C8, C3DC, C10_1, C10, C4DC, C5DC, C12_1, C12, C6DC, C12_1OH, C12OH, C53M3OH DC, C14_2, C14_1, C14, C8DC, C14_1OH, C14OH, C16_1, C16, C10DC, C16_1OH, C16OH, C18_2, C18_1, C18, C18_2OH, C18_1OH, C18OH.Αποτελέσματα: Τόσο στα ούρα, όσο και στο αίμα, οι μέσες τιμές της L-καρνιτίνης και του πρόδρομου μορίου της βουτυροβεταΐνης, είναι στατιστικά σημαντικά υψηλότερες στην ομάδα ελέγχου σε σύγκριση με την ομάδα των εγκύων. Η σημαντική διαφοροποίηση των μέσων τιμών της L-καρνιτίνης, τόσο στα ούρα όσο και στο αίμα, ανάμεσα στις έγκυες γυναίκες και στις γυναίκες της ομάδας ελέγχου είναι ανεξάρτητη από τη συγκέντρωση της ουρίας στο αίμα, η οποία φαίνεται να μην έχει κάποια σημαντική επίδραση στη συγκέντρωση της L-καρνιτίνης. Συγκεκριμένα, όχι όλα τα κλάσματα καρνιτίνης, αλλά τα C0, C2, C16, C18:2, C18, είναι μειωμένα στο μητρικό αίμα της ομάδας των εγκύων, σε σύγκριση με το αίμα της ομάδας ελέγχου. Συσχετίζοντας τις τιμές της L-καρνιτίνης μεταξύ μητρικού αίματος, ούρων και αμνιακού υγρού, βρέθηκε υψηλού βαθμού αλληλεπίδραση, υποδηλώνοντας την ελεύθερη διακίνηση της ολικής καρνιτίνης προς το αμνιακό υγρό και την απρόσκοπτη απέκκρισή της στα ούρα, παρά τα χαμηλά της επίπεδα στο πλάσμα. Συσχετίζοντας μάλιστα τις τιμές της L-καρνιτίνης στο μητρικό αίμα με τις συγκεντρώσεις των διαφορετικών κλασμάτων της, διαπιστώθηκε πως μόνο για ορισμένα κλάσματα παρουσιάζεται θετική συσχέτιση. Μια τέτοια παρατήρηση, πιθανά, υποδηλώνει τα κλάσματα καρνιτίνης που δεσμεύει το έμβρυο, λόγω αδυναμίας σύνθεσής τους, για δική του χρήση και κατανάλωση.Συμπεράσματα: Η μελέτη μας, διαφωτίζει περαιτέρω την παθοφυσιολογία του φαινομένου της χαμηλής συγκέντρωσης καρνιτίνης στην κύηση. Προκύπτει ότι οι μέσες τιμές της L-καρνιτίνης και του προδρόμου μορίου της βουτυροβεταΐνης, είναι στατιστικά σημαντικά υψηλότερες στην ομάδα ελέγχου, σε σύγκριση με την ομάδα των εγκύων. Να σημειωθεί ότι, θετική συσχέτιση έχει διαπιστωθεί μεταξύ των συγκεντρώσεων βουτυροβεταΐνης και καρνιτίνης – δεδομένου ότι η πρώτη ουσία είναι προδρομικό μόριο της σύνθεσης της άλλης – ενώ δεν έχει παρατηρηθεί στατιστικά σημαντική συσχέτιση μεταξύ καρνιτίνης και άλλων στοιχείων, όπως ο σίδηρος του ορού. Η μελέτη μας επιβεβαιώνει για πρώτη φορά, ότι συγκεκριμένα (C0, C2, C16, C18:2, C18) και όχι όλα τα κλάσματα της καρνιτίνης, παρουσιάζονται μειωμένα στο μητρικό αίμα της ομάδας των εγκύων, σε σύγκριση με το αίμα της ομάδας ελέγχου. Συσχετίζοντας τις τιμές καρνιτίνης μεταξύ μητρικού αίματος, ούρων και αμνιακού υγρού, βρέθηκε υψηλού βαθμού θετική αλληλεπίδραση, υποδηλώνοντας την ελεύθερη διακίνηση της καρνιτίνης προς το αμνιακό υγρό και την απρόσκοπτη απέκκρισή της στα ούρα, παρά τα χαμηλά της επίπεδα στο πλάσμα. Ελέγχοντας μάλιστα τις τιμές της καρνιτίνης στο μητρικό αίμα, με τις συγκεντρώσεις των διαφορετικών κλασμάτων της προκύπτει πως μόνο ορισμένα από αυτά δίνουν θετική συσχέτιση. Επιβεβαιώνεται έτσι, ότι συγκεκριμένα κλάσματα καρνιτίνης «δρουν» ανεξάρτητα από την ολική καρνιτίνη, πιθανά γιατί και αυτά χρησιμοποιούνται από το έμβρυο (C16_1, C10DC, C16_1OH, C16OH, C18_1, C18_1OH, C18OH). Επιβεβαιώνονται τα χαμηλά επίπεδα καρνιτίνης όχι μόνο στο μητρικό αίμα, αλλά και στο αμνιακό υγρό και στα ούρα των εγκύων γυναικών, ανεξάρτητα από το επίπεδο της νεφρικής λειτουργίας, ενώ φαίνεται πως δεν ακολουθούν όλα τα κλάσματα καρνιτίνης τις ίδιες διακυμάνσεις. Ορισμένα μόνο κλάσματα καρνιτίνης είναι μειωμένα στις έγκυες, υποδηλώνοντας πιθανά τις πραγματικές ανάγκες του εμβρύου για κλάσματα καρνιτίνης που δεν μπορεί να βιοσυνθέσει. Μελλοντικές μετρήσεις της καρνιτίνης και των κλασμάτων της στο μυικό ιστό, πιθανά να δώσουν τις οριστικές απαντήσεις στη φυσιολογία του φαινομένου. Αυτό μπορεί να μην έχει ιδιαίτερη κλινική σημασία στις τελειόμηνες κυήσεις. Αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον στις πρόωρες κυήσεις, λόγω της αδυναμίας του εμβρύου να συντηρήσει την ενεργειακή του ομοιόσταση, οπότε η εξωγενής χορήγηση κλασμάτων καρνιτίνης αποδεικνύεται ευεργετική, βελτιώνοντας το σωματικό βάρος και την αναπνευστική τους ικανότητα.