Der Einfluss von Natriumbikarbonat auf die Ausdauerleistungsfähigkeit trainierter Läufer

Abstract

Die Fähigkeit eine hohe körperliche Belastung aufrechtzuerhalten, scheint partiell durch das Vermögen des Körpers begrenzt zu sein, einem Abfall sowohl des intraals auch extrazellulären pH-Wertes entgegenzuwirken. Obwohl die Ätiologie der Muskelermüdung noch Kontroversen aufwirft, wurden die Akkumulation von H+-Ionen und der damit verbundene Abfall des myoplasmatischen pH-Wertes als eine der wichtigsten Ursachen für die nachlassende Muskelleistung erachtet [14,47,53]. Entsprechend liegt die Hypothese nahe, dass alkalisierende Substanzen bzw. soche, die die Pufferkapazität erhöhten, eine leistungssteigernde Wirkung haben könnten. In der Literatur wurde der Einfluss einer erhöhten Pufferkapazität mittels Natriumbikarbonat (Nabi) auf maximale, kurzzeitige Belastungen bereits umfangreich untersucht [14,18,39,40]. Indes sind Studien zur Langzeitausdauer, insbesondere im Laufsport, vergleichsweise selten [22,66]. Obwohl bei Ausdauerläufen die Energiebereitstelllung via der aeroben Glykolyse prädominiert, trägt auch die anaerobe Glykolyse bei höheren Geschwindigkeiten zur Gesamtenergieversorgung bei, wie die Akkumulation von Laktat und H+-Ionen nahelegt [63,66,78]. Aus diesen Gründen kann angenommen werden, dass Natriumbikarbonat auch in der Langzeitausdauer das Potential besitzt, die Leistung zu verbessern. Entsprechend setzt sich die folgende Studie zum Ziel, die ergogenen Einflüsse einer exogenen Natriumbikarbonat-Substitution auf erschöpfende, intensive Ausdauerbelastungen bei Läufern zu untersuchen. METHODE: In einem doppelblinden, randomisierten Crossover-Design wurden jeweils nach Einnahme von Nabi (0,3 g•kg-1) respektive Placebo (4 g NaCl) in 0,7 l Wasser zwei ausbelastende Stufen- und zwei Ausdauertests (30 min 95% IAS gefolgt von 110% IAS bis zur Erschöpfung) durchgeführt. Die Zeit bis zur Erschöpfung (time-to-exhaustion; TTE) im Ausdauertest wurde als Hauptzielparameter definiert. Alle Belastungsuntersuchungen wurden unter kontinuierlicher Atemgasanalyse als Spiroergometrien mit zusätzlicher Messung von Herzfrequenz, Blutgasen und der Blutlaktatkonzentration durchgeführt. ERGEBNISSE: Insgesamt absolvierten 23 trainierte Läufer (VO2peak: 61,6 ± 6,7 ml•min1•kg-1) das komplette Studienprotokoll und konnten in die Auswertung eingeschlossen werden. In den Ausdauertests zeichnete sich keine signifikante interventionsbedingte Veränderung der TTE ab (Nabi: 39,0 ± 6,2 min; Placebo: 40,0 ± 6,0 min, p = 0,239). Während der pH-Wert zwei Minuten nach Ende der Belastung im Ausdauertest unter Placebo leicht in den azidotischen Bereich abfiel (7,34 ± 0,05), lag der Nabi-Wert mit 7,41 ± 0,06 immer noch im normwertigen Bereich (p < 0,001). Die höchste Laktatkonzentration im Ausdauertest belief sich auf 6,42 ± 2,20 mmol/l im Placebo- respektive 7,44 ± 3,57 mmol/l im Nabi-Test (p = 0,019).Im Gegensatz dazu lag die maximale Leistung (Vmax) im Stufentest unter Nabi signifikant höher (17,3 ± 1,0 km/h) als im Placebo-Test (17,1 ± 0,9 km/h) (p = 0,004), wohingegen die testspezifische maximale Sauerstoffaufnahme (VO2peak) keine statistische Signifikanz erreichte (p = 0,673). Die IAS als Parameter der submaximalen Leistungsfähigkeit unterschied sich nicht zwischen den beiden Bedingungen (p = 0,159). Der maximale Laktatwert war unter Nabi im Vergleich zum korrespondieren Placebotest signifikant höher (Nabi: 11,1 ± 3,0 mmol/l, Placebo: 8,9 ± 2,3 mmol/l; p < 0,001). Der pH-Wert nahm bei Belastungsabbruch unter beiden Bedingungen azidotische Werte an (7,27 ± 0,07 im Placebo- und 7,32 ± 0,09 im Nabi-Test). Insgesamt klagten 15 Patienten nach Einnahme von Nabi über Nebenwirkungen, die sich nur bedingt reproduzieren ließen. FAZIT: Die maximale Leistung konnte durch die Einnahme von Nabi signifikant gesteigert werden. Die ergogene Wirkung im Stufentest beruht am ehesten auf einer gesteigerten anaeroben Glykolyse, die sich in einer Laktatakkumulation niederschlägt. Indes zeigte sich bei intensiven Ausdauerbelastungen keine Verbesserung der TTE. Eine metabolische Azidose sollte als vorherrschende Ursache der muskulären Ermüdung im Ausdauertest unter Nabi überdacht werden, denn selbst bei Belastungsabbruch wurde noch ein normwertiger pH-Wert festgestellt. Nebenwirkungen scheinen interindividuell zu differieren und abhängig von der Tagesform zu sein.

The ability to sustain intense exercise seems to be partially limited by the body’s capability to counteract decreases in both intra- and extracellular pH. Even though the aetiology of muscle fatigue is still controversial, an accumulation of hydrogen ions (H+) and the concomitant reduction in myoplasmic pH have been assumed as one of the major causes for the onset of exercise-induced fatigue [14,47,53]. Thus, it seems reasonable to suppose that alkalizing or buffer enhancing substances might improve performance. While the influence of an enhanced buffering capacity via sodium bicarbonate (BICA) on short-term, high-intensity exercise performance has been repeatedly investigated [14,18,39,40], studies on prolonged endurance performances are comparatively rare, especially for running [22,66]. Although endurance running relies mainly on aerobic energy metabolism, at higher intensities the relevant contribution of anaerobic glycolysis to the total energy production is reflected by an accumulation of lactate and protons [63,66,78]. Hence, improvements in endurance performances with BICA seem plausible. Therefore, this study aims to investigate the effects of sodium bicarbonate supplementation on high-intensity endurance performance in runners. METHOD: In a double-blind randomized crossover study two exhaustive graded exercise and two constant load tests (30 min at 95% individual anaerobic threshold (IAT) followed by 110% IAT until exhaustion) were performed after the ingestion of either sodium bicarbonate (0.3 g•kg-1) or placebo (4 g NaCl) diluted in 0.7 l of water. Time to exhaustion (TTE) in the constant load test was defined as the main outcome measure. Throughout each test respiratory gas exchange measurements were conducted as well as determinations of heart rate, blood gases and blood lactate concentration. RESULTS: Overall, 23 athletes (VO2peak: 61.6 ± 6.7 ml•min-1•kg-1) completed the entire study protocol and were included in the analysis. In the constant load test no significant intervention-related alteration for the time to exhaustion (TTE) became apparent (BICA: 39.0 ± 6.2 min; placebo: 40.0 ± 6.0 min; p = 0.239). While the pH in the placebo test dropped to a slightly acidotic value two minutes after the cessation of exercise (7.34 ± 0.05) the value in the BICA trial remained with 7.41 ± 0.06 within the normal range (p < 0.001). The highest test specific blood lactate concentration was 6.42 ± 2.0 mmol/l with placebo and 7.44 ± 3.57 mmol/l with BICA, respectively (p = 0.019). In contrast, in the exhaustive graded exercise test the maximum running speed (Vmax) was significantly higher in the BICA (17.3 ± 1.0 km/h) than in the placebo test (17.1 ± 0.9 km/h) (p = 0.004), whereas the peak oxygen uptake (VO2peak) failed to reach statically significance (p = 0.673). The IAT as a marker of submaximal performance did not differ significantly between treatments (p = 0.159). Maximum blood lactate was significantly higher with BICA compared to the corresponding placebo test (BICA: 11.1 ± 3.0 mmol/l, placebo: 8.9 ± 2.3 mmol/l; p < 0.001). At the end of exercise, an acidotic pH value was found in both exhaustive graded exercise tests (7.27 ± 0.07 in the placebo and 7.32 ± 0.09 in the BICA trial). 15 patients reported side effects after BICA supplementation which could be reproduced only to a limited extent. CONCLUSION: Maximal performance was enhanced significantly after BICA administration. The ergogenic effect of BICA in the exhaustive graded exercise test can most likely be attributed to an increased anaerobic glycolysis that is reflected by an accumulation of lactate. However, TTE in prolonged high-intensity running was not improved. Metabolic acidification as one of the dominant factors causing muscular fatigue should therefore be reconsidered because even after the cessation of exercise pH remained within the normal range. Side effects seemed to occur with a high degree of intraindividual differences and were dependent on the daily form, too.