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严格意义上来说，左旋肉碱并不是一种氨基酸，而是与B族维生素相关的一种物质。然而，由于它的化学结构类似于氨基酸，所以也有人把它视为一种氨基酸。
人体的肝脏和肾脏将两种氨基酸（蛋氨酸和赖氨酸）转化为一种名为“左旋肉碱”的物质，它也被称为肉毒碱；所有的人体细胞都需要左旋肉碱才能将含有脂肪的营养物质转化为能量。健康的成年人和儿童通常能生成足量的这种化合物，以满足身体的需要。肉毒碱还能提高抗氧化剂（如维生素C和维生素E）的有效性。
如果人体内有足够数量的铁、维生素B、维生素C、烟酸、维生素B6、赖氨酸和蛋氨酸，身体就能制造出肉毒碱。遗憾的是，大多数人体内这些营养物质的含量并不充足。
含有左旋肉碱的营养补充品能用来帮助体内缺乏肉毒碱的人群。更确切地说，有些人无法从食物中正确吸收这种营养物质，或是饮食中肉毒碱的含量不足。肉毒碱缺乏症可能是由遗传病、肝脏或肾脏问题以及某些药物引起的。肉毒碱缺乏症的一些症状包括疲劳、胸痛、肌肉力量虚弱和意识混乱等。
研究表明，服用额外的左旋肉碱有助于提升整体健康水平。除了广为人知的促进体重减轻的作用，左旋肉碱的益处主要体现在以下几个方面。
左旋肉碱是一种具有抗氧化性能的化合物，它能保护细胞免受自由基对人体造成的长期损害。随着时间的推移，自由基会破坏细胞膜和DNA，增加人们患上多种慢性疾病（如癌症）的风险。实验室研究表明，左旋肉碱的抗氧化性能让人体免受一种类型的自由基造成的损害（即氧化应激反应）。
美国俄勒冈州立大学莱纳斯·鲍林研究所的专家发现，服用左旋肉碱有助于放缓人体的自然老化进程。产生能量的细胞成分（线粒体）在生化反应过程中也需要左旋肉碱的参与。线粒体的功能和细胞中肉毒碱的含量都会随着年龄的增长而下降。
实验室研究发现，服用了含有左旋肉碱成分营养补充品的年长老鼠体内组织的肉毒碱含量上升，线粒体的能量生成也有所改善。与服用安慰剂的老鼠相比，它们记忆任务中的表现更好。
由于左旋肉碱能增加能量生成，因而它能提高耐力和运动成绩。发表在《美国生理学杂志—内分泌和代谢》上的一项研究成果显示，一小群男性服用了含有左旋肉碱的营养补充品3周，然后从事了剧烈运动，他们的肌肉受到破坏的程度要明显轻于服用安慰剂的同龄人。
左旋肉碱对防止脂肪堆积在心脏、肝脏和骨骼肌中起到了重要作用，它还有助于控制血液中胆固醇和甘油三酯的含量。心脏功能依赖于足够浓度的肉毒碱才能正常的运行。
服用左旋肉碱对心绞痛、充血性心力衰竭、冠心病、慢性心力衰竭、胆固醇和甘油三酯含量偏高的患者能起到帮助作用。它也用于心脏病发作后的康复。在意大利进行的几项大规模临床试验中，心脏病发作的患者服用左旋肉碱后，他们的恢复进程加快了。与服用安慰剂的患者相比，他们在心率、血压、心绞痛发作、心律失常和心功能受损的临床体征方面有明显改善。
一些研究显示，乙酰左旋肉碱（左旋肉碱的一种衍生物）有助于延缓阿尔茨海默氏病的发病进程。此外，它还可以减轻老年抑郁症和其他形式的痴呆，提升老年人的记忆力。
左旋肉碱还能对慢性疲劳综合征患者起到帮助作用。研究显示，很多慢性疲劳综合征患者体内的肉毒碱含量低于正常水平。
服用左旋肉碱还有益于间歇性跛行患者，这是腿部的一种末梢血管病。研究表明，服用含有左旋肉碱的营养补充品能改善末梢血管病患者的肌肉功能和运动能力。也就是说，这些患者能够行走更远更长的距离。
左旋肉碱也被用来治疗男性不育症。精子计数低和运动能力异常与男性体内肉毒碱的含量偏低之间存在着相关性。几项研究表明，服用左旋肉碱能提高男性不育症患者的精子计数和活力。
2型糖尿病、唐氏综合征、与酒精相关的肝病、肾脏病和血液透析患者也能受益于左旋肉碱。
虽然目前对左旋肉碱的最低推荐摄入量还没有确定的结论，但许多常见食品都是它很好的来源。肉、家禽肉、鱼和乳制品是左旋肉碱的丰富来源。
例如，根据切割部位的不同，1份113克重的牛肉能够提供50~160毫克的左旋肉碱；1杯全脂牛奶还有8毫克的左旋肉碱；56克的奶酪能提供2毫克的左旋肉碱。其他食物（如全麦面包和芦笋）也含有少量的左旋肉碱。谷物、水果和蔬菜几乎不含有左旋肉碱，或含量很低。
左旋肉碱是一种在健康食品专卖店就能买到的营养补充品，但要避免与右旋肉碱同时服用，因为它会干扰左旋肉碱的吸收。此外，左旋肉碱可能会与某些处方药（如抗艾滋病药物AZT、抗肿瘤药物阿霉素、治疗重度痤疮的异维A酸和治疗癫痫的丙戊酸）发生相互作用，造成副作用，如腹泻、头晕和恶心等。因此，在你打算服用左旋肉碱之前，要先咨询医生和营养师的意见。
到目前为止，左旋肉碱未显示出明显的副作用，但服用高剂量（如每天5克或更多）会造成腹泻；其他可能但罕见的副作用包括体臭、皮疹和食欲增加等。当把它作为膳食补充剂来服用时，通常是安全的。研究显示，每天服用2克左旋肉碱，长期服用，是相对安全的。
需要说明的是，左旋肉碱的益处是间接的，需要数周，甚至数月才能显现出来，不同于咖啡因和肌酸这类直接提高运动性能的营养补充品。