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L'uso dell'integrazione della L-carnitina in ambito medico è stato a lungo studiato e diverse sono state le ricerche che hanno dimostrato la sua validità; come nelle cardiopatie, in pazienti sottoposti ad emodialisi, nelle insufficienze vascolari periferiche, nell'infertilità maschile (ridotta mobilità degli spermatozoi), nell'ipertiroidismo.
Altrettante ricerche sono state fatte in ambito sportivo dove, come detto, l'integrazione della L-carnitina dovrebbe assicurare migliori performance, soprattutto negli sports di resistenza, come il ciclismo. Ad oggi però, le varie ricerche non sono giunte ad un dato certo e sicuro. In particolare alcuni ricercatori hanno affermano di aver ottenuto un miglioramento dell'efficienza cardiaca (riduzione del battito cardiaco e miglioramento delle funzioni del ventricolo sinistro) grazie alla somministrazione di 10 grammi al giorno di L-carnitina (una dose molto elevata), tale ricerca, però non è mai stata realmente dimostrata ed altre similari hanno condotto a risultati opposti, cioè che una dose massiccia di L-carnitina non ha nessun effetto sulla prestazione sportiva. Anche gli studi sulla performance e sul recupero dei maratoneti non hanno portato a dati che dimostrassero l'utilità dell'integrazione della L-carnitina nella dieta dello sportivo (in questi studi si era integrata l'alimentazione con 2 grammi al giorno di L-carnitina). Un altro studio, però, ha dimostrato come una ipercarnitinemia favorisca l’ossidazione dei lipidi rispetto a quella dei carboidrati e porti ad un più rapido recupero della frequenza cardiaca. Altri studi hanno portato alle medesime considerazioni. Nuove ricerche, poi, hanno evidenziato come una integrazione di L-carnitina (da 2 a 4 grammi al giorno) porti alla diminuzione del lattato plasmatico. Purtroppo il limite di tutti gli studi fin qui condotti sull'integrazione della L-carnitina in ambito sportivo è dato dal ridotto tempo di studio, dai pochi soggetti sottoposti ai tests e dalla mancanza di veri gruppi di controllo. Per questo ad oggi l'efficacia dell'integrazione della L-carnitina in ambito sportivo non può dirsi realmente accertata, come del resto la sua inutilità. A livello teorico la funzione e l'utilità della sua integrazione è scontata, mentre la prova scientifica ancora non si è raggiunta. Nel ciclismo, quindi, se non si può difendere a spada tratta la sua utilità, non si può neanche professarne la sua inutilità. Certamente la sua integrazione nella dieta quotidiana non è indispensabile, ma può essere, comunque, utile. Una integrazione che varia dai 0,5 ai 3 grammi al giorno, ma è più consigliato attestarsi sui 2 grammi al giorno per un soggetto adulto, può aiutare nelle prestazioni di lunga durata, nella mobilitazione dei grassi e nella riduzione della produzione di acido lattico, in un più facile recupero dall'allenamento/gara, nella riduzione della massa grassa (associata ad una dieta ipocalorica). Più che solamente prima della prestazione atletica l'integrazione dovrebbe essere quotidiana, con una eventuale maggiore dose prima della gara (ad esempio 2 grammi al giorno che salgono a 3 il giorno della gara). Ovviamente per assunzioni prolungate è sempre preferibile consultarsi con il proprio medico. Poi visto che l'efficacia scientifica non è stata provata è bene valutare attentamente la risposta del proprio organismo all'integrazione di L-carnitina, decidendo, dopo un adeguato periodo di sperimentazione, se è il caso di continuare o meno con la sua integrazione.
