Säure-Basen-Haushalt in der Sportmedizin
Der Säure-Basen-Haushalt (SBH) umfasst die physiologischen Mechanismen, durch die die Wasserstoffionenaktivität und damit der pH-Wert der Körperflüssigkeiten innerhalb enger Grenzen reguliert werden. Die pH-Homöostase ist unter anderem für die Proteinkonformation, Enzymaktivität, Membranerregbarkeit, neuromuskuläre Signalübertragung, Sauerstoffbindung des Hämoglobins und mechanische Funktion der Skelettmuskulatur erforderlich [1, 2].
Körperliche Belastung erhöht den Umsatz energiereicher Phosphate innerhalb von Sekunden. Bei hochintensiver Muskelarbeit können die intrazelluläre Pufferung, der transmembranäre Protonentransport und der mitochondriale Protonenverbrauch mit dem hohen metabolischen Umsatz vorübergehend nicht Schritt halten. Der intramuskuläre pH-Wert kann dadurch deutlich abfallen. Die häufig verwendete Bezeichnung „Lactatübersäuerung“ ist jedoch biochemisch unpräzise: Lactat ist weder ein metabolisches Abfallprodukt noch mit freier Milchsäure gleichzusetzen. Lactatbildung, Protonenakkumulation und Leistungsabnahme treten bei hoher Belastungsintensität häufig gemeinsam auf, besitzen aber keine einfache monokausale Beziehung [3-7].
Grundlagen der pH-Regulation
Der pH-Wert entspricht dem negativen dekadischen Logarithmus der Wasserstoffionenaktivität. Eine Änderung um eine pH-Einheit entspricht daher einer zehnfachen Veränderung der Wasserstoffionenaktivität. Der arterielle pH-Wert liegt unter Ruhebedingungen üblicherweise zwischen 7,35 und 7,45. Bereits deutlich kleinere Abweichungen können physiologisch relevant sein [1].
Das Bicarbonat-Kohlendioxid-System ist das quantitativ wichtigste extrazelluläre Puffersystem. Der Zusammenhang zwischen pH-Wert, Bicarbonatkonzentration und arteriellem Kohlendioxidpartialdruck wird durch die Henderson-Hasselbalch-Gleichung beschrieben:
pH = 6,1 + log ([HCO3-] / [0,03 × PaCO2])
Die Gleichung beschreibt die funktionelle Kopplung der metabolischen und respiratorischen Komponenten des Säure-Basen-Haushalts. Die Lunge verändert den Kohlendioxidpartialdruck innerhalb von Sekunden bis Minuten. Die Niere reguliert die systemische Bicarbonatkonzentration langsamer durch Rückresorption des filtrierten Bicarbonats, Neubildung von Bicarbonat sowie Ausscheidung von Protonen als titrierbare Säuren und Ammonium [1].
Ergänzend kann der Säure-Basen-Haushalt physikochemisch über die Differenz starker Ionen, die Kohlendioxidspannung und die Konzentration schwacher Säuren beschrieben werden. Beide Betrachtungsweisen sind miteinander vereinbar, setzen jedoch unterschiedliche Schwerpunkte. Bei sportlicher Belastung sind deshalb nicht nur einzelne biochemische Reaktionen, sondern auch Verschiebungen von Lactat, Natrium, Kalium, Chlorid, Phosphat und anderen Ionen zu berücksichtigen [1, 3, 4].
Puffersysteme des Organismus
| Puffersystem | Hauptkompartiment | Sportphysiologische Bedeutung |
|---|---|---|
| Bicarbonat-Kohlendioxid-System | Extrazellulärraum und Blut | Bindung von Protonen mit Bildung von Kohlendioxid, das pulmonal abgegeben werden kann |
| Hämoglobin | Erythrozyten | Protonenbindung in Abhängigkeit von Oxygenierung und Desoxygenierung |
| Proteinpuffer | Intra- und extrazellulär | Reversible Protonenaufnahme durch ionisierbare Aminosäureseitenketten |
| Phosphatpuffer | Vorwiegend intrazellulär und renal | Intrazelluläre Pufferung; Beteiligung an der renalen Protonenausscheidung |
| Carnosin | Skelettmuskulatur | Intramuskulärer Protonenpuffer, besonders relevant in schnell kontrahierenden Muskelfasern |
| Knochen | Extrazelluläre Knochenmatrix | Langfristige Pufferreserve; für die akute Belastungsreaktion von untergeordneter Bedeutung |
Die Pufferung beseitigt Protonen nicht endgültig, sondern bindet sie vorübergehend oder überführt sie in transportierbare bzw. ausscheidbare Formen. Die definitive Regulation erfolgt über pulmonale Kohlendioxidabgabe, mitochondriale Stoffwechselprozesse und renale Säureausscheidung [1].
Entstehung der belastungsinduzierten Azidose
Die Muskelkontraktion wird unmittelbar durch die Hydrolyse von Adenosintriphosphat angetrieben. Der Adenosintriphosphatvorrat der Muskelzelle reicht nur für wenige Sekunden und muss fortlaufend durch Phosphocreatinspaltung, Glycolyse und oxidative Phosphorylierung regeneriert werden [2].
Phosphocreatinsystem: Zu Beginn einer hochintensiven Belastung überträgt Phosphocreatin eine Phosphatgruppe auf Adenosindiphosphat. Diese Reaktion verbraucht Protonen und kann deshalb initial zu einer geringfügigen intramuskulären Alkalisierung führen. Mit fortschreitender Belastung nehmen die Phosphocreatinspeicher ab und der pH-stabilisierende Effekt wird geringer [2, 4].
Glycolytische Adenosintriphosphatbereitstellung: Mit zunehmender Belastungsintensität steigt der glycolytische Stofffluss. Pyruvat wird durch die Lactatdehydrogenase unter Oxidation von Nicotinamidadenindinukleotid in seiner reduzierten Form zu Lactat reduziert. Die isoliert betrachtete Lactatdehydrogenase-Reaktion verbraucht ein Proton. Daraus folgt jedoch nicht, dass eine hohe Glycolyserate insgesamt protonenneutral ist. Die Nettoazidose ergibt sich aus dem gesamten Reaktionsnetzwerk des Adenosintriphosphatumsatzes, der gekoppelten Ionenverschiebungen und der physikochemischen Veränderung der starken Ionendifferenz [3, 4].
Oxidative Phosphorylierung: Bei ausreichender mitochondrialer Kapazität und Sauerstoffversorgung werden die im Stoffwechsel entstehenden Reduktionsäquivalente oxidiert und Protonen im Rahmen der mitochondrialen Adenosintriphosphatsynthese verarbeitet. Bei sehr hoher Belastungsintensität steigt der Adenosintriphosphatbedarf jedoch schneller, als er ausschließlich oxidativ gedeckt werden kann [2].
Nachbelastungsphase: Unmittelbar nach Belastungsende kann der intramuskuläre pH-Wert trotz bereits einsetzender Kraftregeneration noch weiter abfallen. Ein wesentlicher Mechanismus ist die Resynthese von Phosphocreatin, bei der zuvor gebundene Protonen wieder freigesetzt werden. Diese zeitliche Entkopplung zwischen pH-Verlauf und Kraftentwicklung belegt, dass die muskuläre Ermüdung nicht allein durch die Azidose erklärt werden kann [4].
Lactat als Energie-, Transport- und Signalmolekül
Lactat entsteht kontinuierlich unter Ruhebedingungen und während körperlicher Belastung. Seine Bildung setzt keine vollständige Sauerstoffabwesenheit voraus. Ein Anstieg der Lactatkonzentration weist deshalb nicht zwangsläufig auf eine muskuläre Hypoxie oder „anaerobe Umschaltung“ hin [5-7, 9].
Lactat erfüllt mehrere physiologische Funktionen:
- Oxidatives Energiesubstrat: Lactat kann in oxidativen Muskelfasern, Herzmuskel, Gehirn und weiteren Geweben aufgenommen, zu Pyruvat oxidiert und energetisch verwertet werden.
- Gluconeogenetischer Vorläufer: Lactat ist ein wichtiges Substrat der Gluconeogenese, insbesondere in Leber und Niere.
- Transportmetabolit: Der Lactat-Shuttle ermöglicht die Übertragung von Kohlenstoff- und Reduktionsäquivalenten zwischen Zellen, Muskelfasern und Organen.
- Signalmolekül: Lactat beeinflusst Rezeptoren, Genexpression, mitochondriale Anpassungsprozesse und weitere zelluläre Signalwege.
Die Blutlactatkonzentration ist das Ergebnis von Lactatbildung, Freisetzung aus der arbeitenden Muskulatur, Aufnahme durch andere Gewebe, Oxidation, Gluconeogenese und Verteilung im Körperwasser. Sie ist deshalb kein unmittelbares Maß der intramuskulären Protonenkonzentration [5-7].
Lactat- und Protonentransport
Lactat wird überwiegend gemeinsam mit Protonen durch Monocarboxylattransporter über Zellmembranen transportiert. Die Transportgeschwindigkeit hängt von Konzentrationsgradienten, pH-Gradienten, Durchblutung und Transporterexpression ab [8].
- Monocarboxylattransporter 1: besitzt eine vergleichsweise hohe Affinität und unterstützt insbesondere die Aufnahme von Lactat in oxidativ arbeitende Zellen.
- Monocarboxylattransporter 4: ist stärker in glycolytischen Muskelfasern exprimiert und unterstützt die Abgabe hoher Lactat- und Protonenmengen.
- Natrium-Protonen-Austauscher: trägt unabhängig vom Lactattransport zur intrazellulären pH-Regulation bei.
- Bicarbonatabhängige Transporter und Carboanhydrasen: unterstützen die gekoppelte Regulation von Protonen, Bicarbonat und Kohlendioxid.
Ausdauer- und hochintensives Intervalltraining können insbesondere die Expression des Monocarboxylattransporters 1 erhöhen. Die Befunde zum Monocarboxylattransporter 4 sind heterogener und hängen von Trainingsform, Trainingsdauer, Muskelfasertyp und untersuchtem Gewebe ab [8].
Respiratorische Kompensation
Bei der extrazellulären Pufferung reagieren Protonen mit Bicarbonat:
H+ + HCO3- ⇌ H2CO3 ⇌ CO2 + H2O
Das zusätzlich entstehende Kohlendioxid wird über die Lunge abgegeben. Während einer stufenförmigen Belastungsuntersuchung steigt die Kohlendioxidabgabe deshalb bei zunehmender Bicarbonatpufferung überproportional zum Sauerstoffverbrauch an. Bei höherer Intensität führt die weitere Zunahme der metabolischen Azidose zu einer ausgeprägten ventilatorischen Kompensation mit Abfall oder fehlendem weiterem Anstieg des arteriellen Kohlendioxidpartialdrucks [9, 10].
Die Hyperventilation begrenzt den Abfall des arteriellen pH-Wertes, verhindert jedoch nicht zwangsläufig eine ausgeprägte lokale intramuskuläre Azidose. Muskel-pH, venöser oder arterieller Blut-pH und Blutlactatkonzentration sind daher nicht gleichzusetzen [4].
Belastungsintensitätsbereiche
Die Energiebereitstellung erfolgt nicht durch ein abruptes Umschalten zwischen „aerob“ und „anaerob“. Phosphagensystem, Glycolyse und oxidative Phosphorylierung sind grundsätzlich gleichzeitig aktiv; lediglich ihre relativen Beiträge verändern sich mit Intensität und Dauer der Belastung [2, 9, 10].
| Intensitätsbereich | Typische metabolische Reaktion | Säure-Basen-Reaktion |
|---|---|---|
| Moderater Bereich | Sauerstoffaufnahme und Lactatkonzentration erreichen einen stabilen Zustand | Keine relevante progressive metabolische Azidose |
| Schwerer Bereich | Sauerstoffaufnahme und Lactatkonzentration können verzögert einen erhöhten stabilen Zustand erreichen | Moderate Abnahme des intramuskulären pH-Wertes und zunehmende Bicarbonatpufferung |
| Sehr schwerer bzw. schwerer bis maximaler Bereich | Kein stabiler metabolischer Zustand; Sauerstoffaufnahme steigt bis zum Maximum oder bis zur Erschöpfung | Progressive intramuskuläre Azidose und ausgeprägte ventilatorische Kompensation |
| Extremer Kurzzeitbereich | Belastungsende vor Erreichen der maximalen Sauerstoffaufnahme; hoher Phosphocreatin- und Glycolyseumsatz | Rasche lokale metabolische Störung; pH-Minimum teilweise erst unmittelbar nach Belastungsende |
Die kritische Leistung bzw. kritische Geschwindigkeit trennt näherungsweise den schweren vom sehr schweren Intensitätsbereich. Lactat- und ventilatorische Schwellen liegen häufig bei niedrigeren Intensitäten und sind nicht mit der kritischen Leistung gleichzusetzen [9, 10].
Lactatschwellen und ventilatorische Schwellen
Lactat- und ventilatorische Schwellen sind operationale Marker charakteristischer Veränderungen während ansteigender Belastung. Sie stellen keine anatomisch oder biochemisch scharf abgegrenzten Umschaltpunkte dar. Begriffe wie erste Lactatschwelle, zweite Lactatschwelle, ventilatorische Schwelle 1, ventilatorische Schwelle 2, maximale Lactat-Steady-State-Intensität und kritische Leistung beschreiben verwandte, aber nicht austauschbare physiologische Konzepte [7, 9, 10].
Eine fixe Blutlactatkonzentration von 4 mmol/l kann als standardisierter Bezugspunkt verwendet werden, entspricht jedoch nicht bei jeder Person der individuellen maximalen Lactat-Steady-State-Intensität oder der Grenze eines bestimmten Intensitätsbereichs. Die individuelle Lactatreaktion wird unter anderem beeinflusst durch [7, 10]:
- Belastungsprotokoll: Stufenlänge, Ausgangsleistung und Belastungssteigerung,
- Entnahmezeitpunkt: während, unmittelbar nach oder mehrere Minuten nach der Belastung,
- Probenmaterial: arterielles, venöses oder kapilläres Blut,
- Entnahmestelle: Fingerbeere, Ohrläppchen oder venöser Zugang,
- Präanalytik: Kontamination durch Schweiß, lokale Durchblutung und Zeit bis zur Analyse,
- Ernährungsstatus: Kohlenhydratzufuhr, Fastenstatus und Muskelglycogengehalt,
- Vorbelastung: Training in den vorausgegangenen Stunden und Tagen,
- Umgebungsbedingungen: Temperatur, Hypoxie und Höhenlage,
- Individuelle Faktoren: Trainingsstatus, Muskelfasertyp, Alter, Geschlecht und Gesundheitszustand.
Verlaufsmessungen sollten deshalb mit identischem Belastungsprotokoll, vergleichbarer Vorbereitung, gleicher Entnahmestelle und demselben Analysesystem erfolgen [7].
Azidose und muskuläre Ermüdung
Eine schwere intramuskuläre Azidose kann bei hochintensiver Belastung zur Abnahme von Kraft und Leistung beitragen. Aktuelle experimentelle Daten sprechen dafür, dass insbesondere stark ausgeprägte pH-Abfälle in schnell kontrahierenden Muskelfasern relevant sein können [4].
Mögliche Mechanismen sind:
- Myofilamentfunktion: Verminderte Calciumempfindlichkeit und veränderte Querbrückenkinetik,
- Myosin-Adenosintriphosphatase: Abnahme der enzymatischen Aktivität bei stark erniedrigtem pH-Wert,
- Kontraktionsgeschwindigkeit: Verlangsamung der Verkürzungsgeschwindigkeit,
- Metabolitinteraktionen: Verstärkte Wirkung von diprotoniertem anorganischem Phosphat,
- Sensorische Rückkopplung: Aktivierung metabolisch sensibler afferenter Nervenfasern mit Zunahme des Belastungsempfindens.
Die belastungsbedingte Ermüdung ist dennoch multifaktoriell. Anorganisches Phosphat, Veränderungen der Kaliumverteilung, eingeschränkte Calciumfreisetzung aus dem sarkoplasmatischen Retikulum, Phosphocreatinverfügbarkeit, Glycogenstatus, reaktive Sauerstoffspezies, neuromuskuläre Erregbarkeit und zentralnervöse Regulation wirken gleichzeitig und teilweise interaktiv [4].
Lactat selbst beeinträchtigt die Muskelkontraktion in physiologisch auftretenden Konzentrationen nicht regelhaft. Unter bestimmten Bedingungen kann Lactat sogar als Energiesubstrat dienen und ungünstige Effekte einer erhöhten extrazellulären Kaliumkonzentration auf die Membranerregbarkeit abschwächen [4-6].
Trainingsanpassungen
Regelmäßiges Training vermindert bei gleicher absoluter Belastung häufig die Störung des Säure-Basen-Haushalts. Die zugrunde liegenden Anpassungen sind belastungsspezifisch [2, 8].
- Mitochondriale Anpassung: Zunahme der oxidativen Kapazität und verbesserte Kopplung von Sauerstoffangebot und Adenosintriphosphatbedarf,
- Lactatoxidation: Verbesserte Aufnahme und oxidative Verwertung von Lactat,
- Transportproteine: Zunahme insbesondere des Monocarboxylattransporters 1 sowie weiterer pH-regulierender Proteine,
- Intramuskuläre Pufferkapazität: Anpassung von Protein-, Phosphat- und Carnosinpuffern, insbesondere durch wiederholte hochintensive Belastungen,
- Durchblutung: Verbesserter Metabolittransport zwischen arbeitender Muskulatur und anderen Geweben,
- Respiratorische Regulation: Belastungsadäquate Anpassung von Ventilation und Kohlendioxidabgabe.
Bei maximaler Belastung können hochtrainierte Athleten dennoch sehr hohe Lactatkonzentrationen erreichen. Dies ist nicht Ausdruck einer schlechteren metabolischen Regulation, sondern kann aus der höheren absoluten Leistung, einer großen aktivierten Muskelmasse und einem hohen glycolytischen Stofffluss resultieren [4, 7].
Sportmedizinische Diagnostik
Die vorübergehende Abnahme des intramuskulären und systemischen pH-Wertes nach hochintensiver Belastung ist bei gesunden Personen physiologisch. Eine Blutgasanalyse ist bei beschwerdefreien Sportlern nach regelrechter Belastung nicht routinemäßig erforderlich.
Es gibt keine obligaten Laboruntersuchungen zur Beurteilung einer physiologischen belastungsinduzierten Azidose bei asymptomatischen Sportlern.
Laborparameter 2. Ordnung – in Abhängigkeit von Anamnese, körperlicher Untersuchung und Belastungsverlauf – zur differentialdiagnostischen Abklärung:
- Säure-Basen-Status: pH-Wert, Kohlendioxidpartialdruck, Bicarbonat, Basenabweichung, Sauerstoffpartialdruck bzw. Sauerstoffsättigung und Lactat,
- Elektrolyte: Calcium, Chlorid, Kalium, Magnesium, Natrium und Phosphat,
- Weitere metabolische Parameter: Albumin, Gesamtprotein, Glucose, Ketonkörper und Serumosmolalität; Berechnung der Anionenlücke unter Berücksichtigung der Albuminkonzentration,
- Muskulatur: Creatinkinase (CK), gegebenenfalls Myoglobin,
- Niere: Harnstoff, Kreatinin, gegebenenfalls Cystatin C bzw. Cystatin-C-Clearance,
- Leber: ALT (GPT), AST (GOT), GLDH, γ-GT, AP und Bilirubin,
- Pankreas: Amylase, Elastase und Lipase bei entsprechender klinischer Konstellation,
- Gerinnung: PTT, Quick/INR und Thrombozyten bei entsprechender klinischer Konstellation,
- Herz und Gefäße: hs-cTnT bzw. hs-cTnI, NT-proBNP und D-Dimere bei entsprechender Symptomatik oder Verdachtsdiagnose.
Eine venöse Blutgasanalyse kann für die orientierende Beurteilung von pH-Wert, Bicarbonat und Lactat geeignet sein. Für die exakte Beurteilung der arteriellen Oxygenierung ist sie jedoch kein Ersatz für eine arterielle Blutgasanalyse oder eine adäquat interpretierte Pulsoxymetrie.
| Befundkonstellation | Mögliche Einordnung | Konsequenz |
|---|---|---|
| Vorübergehend vermindertes Bicarbonat und erhöhte Lactatkonzentration unmittelbar nach hochintensiver Belastung | Physiologische Belastungsreaktion möglich | Klinische Erholung und zeitgerechte Normalisierung beurteilen |
| Erhöhter pH-Wert und verminderter Kohlendioxidpartialdruck | Respiratorische Alkalose, z. B. bei Hyperventilation oder akuter Höhenexposition | Auslöser, Oxygenierung und klinische Symptomatik prüfen |
| Verminderter pH-Wert und erhöhter Kohlendioxidpartialdruck | Respiratorische Azidose | Ventilationsstörung und pulmonale Ursache abklären |
| Persistierend verminderter pH-Wert und vermindertes Bicarbonat | Metabolische Azidose außerhalb der erwarteten Belastungsreaktion | Renale, gastrointestinale, metabolische, toxische, hypoxische oder kreislaufbedingte Ursache abklären |
| Persistierende oder unerwartet hohe Lactatkonzentration | Gestörte Bildung-Verwertungs-Balance oder pathologische Hyperlactatämie | Perfusion, Oxygenierung, Leber- und Nierenfunktion, Medikamente und Stoffwechselerkrankungen prüfen |
Warnzeichen sind insbesondere Bewusstseinsstörung, Synkope, Thoraxschmerzen, Kreislaufinstabilität, persistierende Tachypnoe, schwere Dyspnoe, Hyperthermie, ausgeprägte Muskelschwäche, schwere Dehydratation, Oligurie, neurologische Symptome oder eine verzögerte klinische Erholung.
Natriumbicarbonat
Natriumbicarbonat erhöht nach oraler Einnahme vorübergehend die extrazelluläre Bicarbonatkonzentration und den Blut-pH-Wert. Der größere transmembranäre Gradient kann den gemeinsamen Export von Protonen und Lactat aus der arbeitenden Muskelzelle begünstigen und dadurch die intrazelluläre pH-Abnahme verzögern [11, 12, LL2].
Systematische Reviews und Metaanalysen zeigen im Mittel kleine bis moderate ergogene Effekte, wobei die Evidenz je nach Endpunkt unterschiedlich sicher ist. Die günstigsten Ergebnisse bestehen bei hochintensiven Belastungen von ungefähr 45 Sekunden bis 8 Minuten, bei Kraftausdauer, 2.000-m-Rudern und hochintensiven intermittierenden Belastungen. Für maximale Einzelkraft, die allgemeine mittlere Leistung und wiederholte Sprints sind die Befunde weniger konsistent [11-13].
| Aspekt | Evidenzbasierte Einordnung |
|---|---|
| Akute Einzeldosis | 0,2-0,3 g/kg Körpergewicht; 0,3 g/kg ist am umfassendsten untersucht |
| Einnahmezeitpunkt | Meist 60-180 Minuten vor Belastungsbeginn; individuelle Optimierung anhand von Blutalkalose und gastrointestinaler Verträglichkeit |
| Höhere Einzeldosen | 0,4-0,5 g/kg zeigen keinen gesicherten Zusatznutzen gegenüber 0,3 g/kg und erhöhen das Nebenwirkungsrisiko |
| Mehrtagesschema | In Studien meist insgesamt 0,4-0,5 g/kg pro Tag über 3-7 Tage, verteilt auf mehrere Einzeldosen; Evidenz weniger umfangreich als für die akute Einnahme |
| Häufige Nebenwirkungen | Völlegefühl, Übelkeit, abdominale Schmerzen, Flatulenz, Diarrhö und Erbrechen |
| Geeignete Anwendung | Nur nach mehrfacher Erprobung im Training mit identischem Präparat, Dosierungsschema, Einnahmezeitpunkt und Begleitmahlzeit |
Eine Dosis von 0,3 g/kg entspricht bei einer 70 kg schweren Person 21 g Natriumbicarbonat und etwa 5,7 g Natrium. Die damit verbundene hohe Natriumzufuhr muss bei arterieller Hypertonie, Herzinsuffizienz, Nierenfunktionsstörung, Ödemneigung und anderen natriumsensitiven Erkrankungen berücksichtigt werden.
Eine kohlenhydratreiche Begleitmahlzeit, eine frühere Einnahme und gegebenenfalls eine Aufteilung der Dosis können die gastrointestinale Verträglichkeit verbessern. Diese Maßnahmen beseitigen das Nebenwirkungsrisiko jedoch nicht zuverlässig [LL2].
Die Anwendung sollte bei Leistungssportlern in ein qualitätsgesichertes Supplementkonzept eingebettet werden. Ein erstmaliger Einsatz unmittelbar vor einem Wettkampf ist nicht vertretbar [LL1, LL2, LL4].
Beta-Alanin
Beta-Alanin ist die mengenbegrenzende Vorstufe der intramuskulären Carnosinsynthese. Eine regelmäßige Supplementierung erhöht die Carnosinkonzentration der Skelettmuskulatur und damit deren intrazelluläre Pufferkapazität. Im Unterschied zu Natriumbicarbonat besitzt eine einzelne akute Einnahme keinen relevanten ergogenen Effekt [14, LL3].
| Aspekt | Evidenzbasierte Einordnung |
|---|---|
| Tagesdosis | Meist 4-6,4 g pro Tag |
| Einnahmedauer | Mindestens 4 Wochen; der Carnosinanstieg ist von kumulativer Dosis und Einnahmedauer abhängig |
| Dosisverteilung | Mehrere kleinere Einzeldosen oder Präparate mit verzögerter Freisetzung |
| Wahrscheinlich geeignete Belastung | Hochintensive Belastungen von etwa 30 Sekunden bis 10 Minuten, insbesondere Belastungstoleranztests |
| Häufigste Nebenwirkung | Dosisabhängige, vorübergehende Parästhesien |
Die große Metaanalyse von 2017 zeigte einen kleinen Gesamteffekt, wobei Belastungsdauer und Art des Endpunkts die Ergebnisse wesentlich beeinflussten. Effekte waren bei Belastungstoleranztests deutlicher als bei realitätsnäheren Leistungstests [14].
Eine 2026 publizierte frauenbezogene Metaanalyse zeigte einen möglichen Vorteil für die Zeit bis zur Erschöpfung, jedoch keine gesicherten Effekte auf Spitzenleistung, anaerobe Leistung, maximale Sauerstoffaufnahme oder Körperfettanteil. Die Evidenzsicherheit wurde für sämtliche Endpunkte als sehr niedrig bewertet [16].
Eine weitere Metaanalyse aus dem Jahr 2026 fand keinen relevanten Vorteil für die wiederholte Sprintfähigkeit. Die gepoolten Effekte auf mittlere Leistung, Spitzenleistung und Ermüdungsindex waren gering und statistisch nicht signifikant [17]. Beta-Alanin sollte daher nicht pauschal für jede intermittierende Sportart empfohlen werden.
Kombination von Natriumbicarbonat und Beta-Alanin
Natriumbicarbonat erhöht primär die extrazelluläre, Beta-Alanin über Carnosin primär die intrazelluläre Pufferkapazität. Eine additive Wirkung ist deshalb physiologisch plausibel.
Eine systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse aus dem Jahr 2024 zeigte einen kleinen zusätzlichen Gesamteffekt der kombinierten Supplementierung. Die Datenbasis umfasste jedoch nur zehn Studien mit 243 Teilnehmern und heterogenen Belastungsprotokollen [15]. Eine generelle Überlegenheit der Kombination gegenüber jeder Einzelsubstanz ist daher nicht abschließend gesichert.
Eine Kombination sollte erst erwogen werden, wenn beide Substanzen einzeln hinsichtlich Wirkung und Verträglichkeit geprüft wurden. Das erhöhte Risiko gastrointestinaler Beschwerden durch Natriumbicarbonat bleibt bestehen.
Natriumcitrat und weitere alkalinisierende Strategien
Natriumcitrat kann ebenfalls eine extrazelluläre Alkalose erzeugen. Die Evidenz ist jedoch inkonsistenter und weniger umfangreich als für Natriumbicarbonat. Eine Gleichwertigkeit oder Überlegenheit gegenüber Natriumbicarbonat ist nicht belegt [11].
Produkte, die eine dauerhafte „Entsäuerung“ oder „Alkalisierung“ des Körpers versprechen, sind vom physiologischen Puffereinsatz im Leistungssport abzugrenzen. Bei gesunden Personen wird der arterielle pH-Wert durch Lunge und Niere eng reguliert. Eine pflanzenreiche Ernährung kann die renale Netto-Säureausscheidung und den Urin-pH-Wert verändern, führt jedoch nicht zu einer dauerhaften leistungssteigernden Alkalisierung des Blutes [1].
Eine ausreichende Flüssigkeits- und Elektrolytzufuhr unterstützt Kreislauf, Nierenfunktion und Thermoregulation, besitzt aber keine spezifische intramuskuläre Pufferwirkung. Dehydratation kann die Belastungsverträglichkeit verschlechtern, ist jedoch nicht mit einer isolierten „Übersäuerung“ gleichzusetzen.
Praktische sportmedizinische Bewertung
- Keine Lactatmonokausalität: Lactatbildung ist nicht mit der Freisetzung freier Milchsäure gleichzusetzen und erklärt weder Azidose noch Ermüdung allein.
- Azidose als Teilmechanismus: Eine schwere intramuskuläre Azidose kann die Leistung beeinträchtigen, wirkt jedoch gemeinsam mit Phosphat-, Ionen-, Substrat- und neuromuskulären Veränderungen.
- Lactat als dynamischer Marker: Die Blutlactatkonzentration bildet Bildung, Transport, Verteilung und Verwertung ab und ist kein direktes Maß des Muskel-pH-Wertes.
- Standardisierte Leistungsdiagnostik: Lactatwerte sind nur bei standardisiertem Protokoll, definierter Präanalytik und identischer Messmethodik zuverlässig vergleichbar.
- Training vor Supplementierung: Mitochondriale Kapazität, Lactatumsatz, Transportproteine und intrinsische Pufferung werden primär durch belastungsspezifisches Training verbessert.
- Natriumbicarbonat selektiv einsetzen: Ein Nutzen ist vor allem bei ausgewählten hochintensiven Belastungen möglich; gastrointestinale Nebenwirkungen und hohe Natriumzufuhr begrenzen die Anwendung.
- Beta-Alanin nicht pauschalisieren: Die Wirksamkeit ist belastungs- und endpunktspezifisch; für wiederholte Kurzsprints besteht kein gesicherter Nutzen.
- Persistierende Störungen abklären: Eine nach adäquater Erholung fortbestehende Azidose, Hyperlaktatämie oder klinische Symptomatik ist nicht als normale Trainingsreaktion zu werten.
Fazit
Der Säure-Basen-Haushalt bei körperlicher Belastung wird durch das Zusammenwirken metabolischer Reaktionen, Ionenverschiebungen, intrazellulärer und extrazellulärer Puffersysteme, Lactat- und Protonentransport, mitochondrialer Oxidation, pulmonaler Kohlendioxidabgabe und renaler Regulation bestimmt.
Lactat ist ein zentraler Energie-, Transport- und Signalmetabolit. Die Bezeichnung als Abfallstoff oder unmittelbare Ursache der belastungsinduzierten Azidose ist nicht sachgerecht. Ebenso ist die Azidose nicht der alleinige Auslöser muskulärer Ermüdung. Bei sehr ausgeprägtem intramuskulärem pH-Abfall, insbesondere in schnell kontrahierenden Muskelfasern, kann sie jedoch einen relevanten Beitrag zur Kraft- und Leistungsabnahme leisten.
Natriumbicarbonat und Beta-Alanin können bei ausgewählten hochintensiven Belastungsformen kleine Leistungsverbesserungen bewirken. Ihr Einsatz erfordert eine belastungsspezifische Indikation, individualisierte Erprobung, Beachtung der Evidenzsicherheit und eine sorgfältige Prüfung möglicher Nebenwirkungen und Kontraindikationen.
Literatur
- Palmer BF, Clegg DJ: Acid-Base Homeostasis. Clin J Am Soc Nephrol. 2015;10(12):2232-2242. doi:10.2215/CJN.07400715 [1]
- Hargreaves M, Spriet LL: Skeletal muscle energy metabolism during exercise. Nat Metab. 2020;2(9):817-828. doi:10.1038/s42255-020-0251-4 [2]
- Robergs RA, Ghiasvand F, Parker D: Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2004;287(3):R502-R516. doi:10.1152/ajpregu.00114.2004 [3]
- Cairns SP, Lindinger MI: Lactic acidosis: implications for human exercise performance. Eur J Appl Physiol. 2025;125(7):1761-1795. doi:10.1007/s00421-025-05750-0 [4]
- Brooks GA: The Science and Translation of Lactate Shuttle Theory. Cell Metab. 2018;27(4):757-785. doi:10.1016/j.cmet.2018.03.008 [5]
- Brooks GA, Curl CC, Leija RG, Osmond AD, Duong JJ, Arevalo JA: Tracing the lactate shuttle to the mitochondrial reticulum. Exp Mol Med. 2022;54(9):1332-1347. doi:10.1038/s12276-022-00802-3 [6]
- Benítez-Muñoz JA, Cupeiro R: Factors Influencing Blood Lactate Concentration During Exercise: A Narrative Review With a Lactate Shuttle Perspective. Acta Physiol (Oxf). 2025;241(12):e70131. doi:10.1111/apha.70131 [7]
- Benítez-Muñoz JA, Cupeiro R, Rubio-Arias JÁ, Amigo T, González-Lamuño D: Exercise influence on monocarboxylate transporter 1 (MCT1) and 4 (MCT4) in the skeletal muscle: A systematic review. Acta Physiol (Oxf). 2024;240(3):e14083. doi:10.1111/apha.14083 [8]
- Poole DC, Rossiter HB, Brooks GA, Gladden LB: The anaerobic threshold: 50+ years of controversy. J Physiol. 2021;599(3):737-767. doi:10.1113/JP279963 [9]
- Jamnick NA, Pettitt RW, Granata C, Pyne DB, Bishop DJ: An Examination and Critique of Current Methods to Determine Exercise Intensity. Sports Med. 2020;50(10):1729-1756. doi:10.1007/s40279-020-01322-8 [10]
- de Oliveira LF, Dolan E, Swinton PA, Durkalec-Michalski K, Artioli GG, McNaughton LR et al.: Extracellular Buffering Supplements to Improve Exercise Capacity and Performance: A Comprehensive Systematic Review and Meta-analysis. Sports Med. 2022;52(3):505-526. doi:10.1007/s40279-021-01575-x [11]
- Grgic J, Grgic I, Del Coso J, Schoenfeld BJ, Pedisic Z: Effects of sodium bicarbonate supplementation on exercise performance: an umbrella review. J Int Soc Sports Nutr. 2021;18(1):71. doi:10.1186/s12970-021-00469-7 [12]
- Saunders B, de Oliveira LF, Dolan E, Durkalec-Michalski K, McNaughton L, Artioli GG et al.: Sodium bicarbonate supplementation and the female athlete: A brief commentary with small scale systematic review and meta-analysis. Eur J Sport Sci. 2022;22(5):745-754. doi:10.1080/17461391.2021.1880649 [13]
- Saunders B, Elliott-Sale K, Artioli GG, Swinton PA, Dolan E, Roschel H et al.: β-alanine supplementation to improve exercise capacity and performance: a systematic review and meta-analysis. Br J Sports Med. 2017;51(8):658-669. doi:10.1136/bjsports-2016-096396 [14]
- Curran-Bowen T, Guedes da Silva A, Barreto G, Buckley J, Saunders B: Sodium bicarbonate and beta-alanine supplementation: Is combining both better than either alone? A systematic review and meta-analysis. Biol Sport. 2024;41(3):79-87. doi:10.5114/biolsport.2024.132997 [15]
- Gu J, Wei Y, Huang J, Bu Y, Xie S: Effects of beta-alanine supplementation on exercise performance and related physiological outcomes in women: a systematic review and meta-analysis. Front Nutr. 2026;13:1857513. doi:10.3389/fnut.2026.1857513 [16]
- Liang W, Kong D, Wang Y, Yu T, Chen M, Huang W: No ergogenic effect of β-alanine on repeated sprint ability: a systematic review and multilevel meta-analysis of randomized controlled trials. Front Nutr. 2026;13:1818755. doi:10.3389/fnut.2026.1818755 [17]
Leitlinien, Referenzwerte und Protokolle
- Maughan RJ, Burke LM, Dvorak J, Larson-Meyer DE, Peeling P, Phillips SM et al.: IOC consensus statement: dietary supplements and the high-performance athlete. Br J Sports Med. 2018;52(7):439-455. doi:10.1136/bjsports-2018-099027 [LL1]
- Grgic J, Pedisic Z, Saunders B, Artioli GG, Schoenfeld BJ, McKenna MJ et al.: International Society of Sports Nutrition position stand: sodium bicarbonate and exercise performance. J Int Soc Sports Nutr. 2021;18(1):61. doi:10.1186/s12970-021-00458-w [LL2]
- Trexler ET, Smith-Ryan AE, Stout JR, Hoffman JR, Wilborn CD, Sale C et al.: International society of sports nutrition position stand: Beta-Alanine. J Int Soc Sports Nutr. 2015;12:30. doi:10.1186/s12970-015-0090-y [LL3]
- Australian Institute of Sport: AIS Sports Supplement Framework - Group A. Stand August 2026. Offizielle Übersicht [LL4]