Conditioned Nutritional Requirements: Therapeutic Relevance to Heart Failure

Background:

The advent of disease, genetic predisposition or certain drug therapies may significantly alter the nutritional demands of specific organs. Several specific metabolic deficiencies have been found in the failing myocardium: (1) a reduction in L-carnitine, coenzyme Q10, creatine, and thiamine – nutrient cofactors important for myocardial energy production; (2) a relative deficiency of taurine, an amino acid integral to intracellular calcium homeostasis; (3) increased myocardial oxidative stress and a reduction of antioxidant defenses. Deficiencies of carnitine or taurine alone are well documented to result in dilated cardiomyopathy in animals and humans. Each of these deficiencies is amenable to restoration through dietary supplementation. A variety of nutrients have been investigated as single therapeutic agents in pharmacologic fashion, but there has been no broad-based approach to nutritional supplementation in congestive heart failure to correct this complete of metabolic abnormalities.

Method and Results: We have demonstrated deficiencies in carnitine, taurine and coenzyme Q20 in cardiomyopathic hamster hearts during the late stage of the cardiomyopathy. In another study, we randomized placebo diet against a supplement containing taurine, coenzyme Q10, carnitine, thiamine, creatine, vitamin E, vitamin C, and selenium to cardiomyopathic hamsters during the late stages of the disease. Supplementation for 3 months markedly improved myocyte sarcomeric structure, developed pressure, pdp/dt, and −dp/dt. We also documented carnitine, taurine and coenzyme Q10 in biopsies taken from human failing hearts, the levels correlating with ventricular function. A double-blind, randomized, placebo-controlled trial fo a supplement containing these nutrients, given for 30 days, restored myocardial levels and resulted in a significant decrease in left ventricular end-diastolic volume.

Conclusion: These experiments suggest that a comprehensive restoration of adequate myocyte nutrition may be important to any therapeutic strategy designed to benefit patients suffering from congestive heart failure. Future studies in this area are of clinical importance.

Hintergrund:

Die spezifischen Eigenschaften einer Erkrankung, die genetische Veranlagung und die eingesetzten medikamentösen Therapien beeinflussen den Nährstoffbedarf der Organe. Beim chronischen Herzversagen wurden z. B. folgende Mangelzustände beschrieben: 1. eine Reduktion des myokardialen L-Carnitins, von Coenzym Q10, Kreatin und Thiamin – Kofaktoren, die für die myokardiale Energiegewinnung wichtig sind, 2. ein relativer Mangel an Taurin, eine Aminosäure, die für die intrazelluläre Calciumhomöostase von Bedeutung ist, und 3. ein erhöhter oxidativer Stress des Myokards sowie die Reduktion antioxidativer Mechanismen.

Mangelzustände an Carnitin und Taurin führen sowohl beim Menschen als auch im Tiermodell zur dilatativen Form einer Kardiomyopathie. Diese Mangelzustände können durch entsprechende Nahrungsmittelzusätze beseitigt werden. Die klinische Effektivität dieser Nahrungsmittelzusatzstoffe als Einzelsubstanzen wurde ein zahlreiche Studien untersucht, wie es auch bei pharmakologischen Interventionen üblich ist. Bisher gibt es jedoch keinen allgemeinen Konsens darüber, wie die bei der chronischen Herzinsuffizienz beschriebenen metabolischen Störung zielgerichtet behoben werden können.

Methode und Ergebnisse: Unsere Arbeitsgruppe konnte in ersten experimentellen Studien die Mangelzustände an Carnitin, Taurin und Coenzym Q10 in Spätstadien der Herzinsuffizienz im Tiermodell des kardiomyopathischen Hamsters nachweisen. In der folge führten wir eine randomisierte, plazebokontrollierte Studie durch, bei der wir kardiomyopathische Hamster mit Nahrungsmittelzusätzen behandelten, welche Taurin, Coenzym Q10, Carnitin, Thiamin, Kreatin, Vitamin E, Vitamin C und Selen beinhalteten. Eine derartige Supplementation über 3 Monate führt zu einer signifikanten Besserung der myozytären Sarkomerstruktur, der systolischen Druckentwicklung sowie von +dp/dt und −dp/dt. Wir untersuchten auch den myokardialen Gehalt von Carnitin, Taurin und Coenzym Q10 in Biopsieproben von Patienten mit chronischer Herzschwäche. Die Konzentrationen dieser Nahrungsmittelzusatzstoffe korrelierten mit der ventrikulären Funktion. Eine doppelblinde, plazebokontrollierte, randomisierte Studie mit einem Nahrungsmittelsupplement über 30 Tage, das die genannten Bestandteile beinhaltete, konnte diesen Mangel ausgleichen. Gleichzeitig war eine Abnahme des linksventrikulären enddiastolischen Volumens nachzuweisen.

Schlussfolgerung: Diese Untersuchungen lassen vermuten, dass die umfassende Substitution an Vitaminen, Spurenelementen und anderen Zusatzstoffen (Nahrungsmittelzusatzstoffe), die für einen adäquaten myozytären Metabolismus notwendig sind, ein wichtiges Element in der Therapie der chronischen Herzinsuffizienz darstellt. In weiteren Studien soll die klinische Bedeutung dieser Befunde gefestigt werden.