Bedeutung des Säure-Basen-Haushalts im Sport

Ziel des Artikels soll sein, dem Leser die Grundlagen des Säure-Basen-Haushalts näher zu bringen und ihm den Zusammenhang zur Ernährung zu vermitteln. Zu Beginn wird der Begriff Säure-Basen-Haushalt grob erläutert. Daraufhin werden mögliche Einflussfaktoren und speziell den sportlich Aktiven betreffende Folgen einer (metabolischen) Übersäuerung vorgestellt. Schließlich werden Chancen und Grenzen des Einsatzes von Bikarbonat als Nahrungsergänzungsmittel aufgezeigt und mittels der aktuellen Studienlage bewertet.

Was versteht man unter Säure-Basen-Haushalt?

Alle physiologischen Funktionen des menschlichen Körpers beinhalten komplexe biochemische Prozesse. In allen Prozessen spielen die sogenannten Wasserstoffionen (H+) eine bedeutende Rolle. Wasserstoffionen sind sehr reaktiv, ihre Konzentration wird vom Köper weitestgehend konstant gehalten (innerhalb und außerhalb der Zellen), ansonsten würden diverse Vitalfunktionen aus dem Ruder laufen.

Diese Regulation der Wasserstoffionenkonzentration nennt sich Säure-Basen-Haushalt. Das Maß dieser Konzentration wird mittels des pH-Wertes ausgedrückt. Der Körper ist ständig damit beschäftigt die Wasserstoffionenkonzentration im Blut und in den meisten Geweben in einem Bereich von pH 7,36 bis pH 7,44 zu halten, so dass wir uns im Säure-Basen-Gleichgewicht befinden. Ein niedriger pH-Wert drückt eine hohe Konzentration an Wasserstoffionen (sauer), ein hoher pH-Wert eine niedrige Konzentration (basisch) aus^[1].

Einfach dargestellt sind Säuren chemische Verbindungen, die sauer reagieren und Wasserstoff enthalten – Basen chemische Verbindungen, die basisch reagieren und eine Hydroxylgruppe enthalten. Treffen Säuren und Basen aufeinander, findet eine Neutralisation statt (sofern beide in er selben Menge vorliegen), da sich die abgegebenen Wasserstoffionen der Säure (H+) mit den abgegebenen Hydroxydionen der Base zu Wasser verbinden.

Durch verschiedene Einflussfaktoren gelangen säurebildende und basenbildende Stoffe in den Kreislauf des Körpers. Auch im Stoffwechsel fallen bei der Verbrennung von Kohlenhydraten und Fetten Säuren an. Ebenso entstehen beim Aminosäuren-Stoffwechsel geringfügig flüchtige Säuren.

Damit beispielsweise eine säurehaltige Speise den pH-Wert nicht drastisch verändert, verfügt der Körper über ein sogenanntes Puffersystem, das für die eben beschriebene Neutralisation von Säuren und Basen verantwortlich ist. Hauptsächlich wird der pH-Wert durch Bikarbonat-, Phosphat- und Proteinpuffer, sowie zusätzlich durch die Lunge zur Ausscheidung von Kohlendioxid, die Leber als zentrales Stoffwechselorgan und die Niere zur Ausscheidung von Säuren (in Form von freien und gebundenen Wasserstoffionen) reguliert^{[2, 3]}.

Gründe und Folgen einer Übersäuerung

Von einer Störung des Säure-Basen-Gleichgewichts spricht man ab pH-Werten unter 7,36 und über 7,44. Im ersten Fall liegt eine Übersäuerung (Azidose) vor, in zweitem Fall ist das Blut zu basisch, es kommt zur Alkalose. Lebensbedrohlich sind jedoch erst Werte von pH kleiner als 7,1 sowie pH größer als 7,6.

Die Störungen können durch eine veränderte Kohlendioxidabatmung (respiratorische Azidose), bei unterschiedlichen Krankheiten oder durch ein im Sport auftretendes Ungleichgewicht zwischen Säureproduktion und Säureabbau bzw. -ausscheidung (metabolische Azidose) entstehen. Diese bei intensiver sportlicher Aktivität auftretende Übersäuerung entsteht durch die erhöhte Ansammlung von Milchsäure im Blut, ohne dass diese ausreichend schnell abgebaut wird^{[3, 4, 5]}.

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Vor allem bei Sportarten mit einer Belastungsdauer von etwa 60 Sekunden bis 10 Minuten, wie beispielsweise 400m- oder 800m-Sprints, aber auch im Kraft- und Fitnesstraining findet die Energiebereitstellung anaerob laktazid statt.
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Dies bedeutet, dass Energie aus Glucose ohne Sauerstoffeinfluss bei gleichzeitiger Produktion von Milchsäure (Laktat) gewonnen wird. Der pH-Wert nimmt in den Muskelzellen und folglich auch im Blut rapide ab. Dies korreliert mit dem Ermüdungsprozess der beanspruchten Muskulatur, da die körpereignen Puffersysteme nicht dazu in der Lage sind, die anfallenden Säuren schnell genug zu neutralisieren^[7].

Selbst bei einer leichten Verschiebung des pH-Wertes wird die Funktion einiger Enzyme, die bei der Energiebereitstellung beteiligt sind, herabgesetzt. Hierbei ist u.a. ein wichtiges Enzym zur Kohlenhydrat-Verstoffwechselung betroffen, so dass die Übersäuerung einen leistungslimitierenden Faktor darstellt. Außerdem können Störungen im Transport von Kalzium, welchem eine wichtige Rolle bei der Reizübertragung zukommt, auftreten. Auch die Aktin-Myosin-Wechselwirkung kann durch eine Übersäuerung negativ beeinflusst werden. Dieses Zusammenspiel ist für die Kontraktion und Entspannung der Muskulatur verantwortlich^[6].

Als Langzeitfolge ist der mögliche Zusammenhang zwischen Übersäuerung und der Entstehung von Osteoporose zu nennen. Es wird vermutet, dass eine chronische Säurebelastung dazu führt, dass die Pufferkapazität des Blutes abnimmt und aufgrund dessen Mineralstoffe zur Pufferung aus der Knochenoberfläche herausgelöst werden. Darüber hinaus wird die gesteigerte Entstehung von Kalziumoxalat- und Harnsäuresteinen diskutiert^[5]. Von ebenso großer Bedeutung ist für sportlich aktive Menschen die aus einer Übersäuerung resultierende schnellere Ermüdung beanspruchter Muskulatur und somit eine Leistungslimitation.

Neben der allgemeinen Gesundheit ist ein entsprechendes Säure-Basen-Gleichgewicht für eine optimale sportliche Leistungsfähigkeit von großer Bedeutung!

Der Einfluss der Ernährung auf den Säure-Basen-Haushalt

Essen und Trinken stehen in enger Beziehung mit dem Säure-Basen-Haushalt des Körpers. Je nach Art verzehrter Lebensmittel werden vom Körper bei der Verstoffwechselung vorwiegend Säuren oder Basen gebildet.

Säuren entstehen hauptsächlich durch den Abbau schwefelhaltiger und kationischer Aminosäuren, welche sich vor allem in tierischen Lebensmitteln (Fleisch, Fisch, Käse, Eier) in großen Mengen befinden. Dagegen sind der Großteil der pflanzlichen Nahrungsmittel – besonders Gemüse und Obst – und bikarbonatreiche Mineralwässer als basenbildend einzustufen, denn der Abbau von organischen Säuren, anionischen Aminosäuren und Salzen organischer Säuren (Laktat, Zitrat, Malat) führt zur Bildung von Basen-Äquivalenten.

So wirken also selbst Zitrusfrüchte alkalisierend. Ferner ist anzumerken, dass Mineralwässer auch säurebildend wirken können, wenn sie über einen hohen Gehalt an Sulfaten und Phosphaten verfügen. Welche Säurebelastung ein bestimmtes Lebensmittel auf den Organismus ausübt, lässt sich mittels des sogenannten PRAL-Wertes (PRAL = potential renal acid load) berechnen, der sich auf die Ausscheidung von Säuren über den Urin bezieht. Derartige Messungen bestätigen die erwähnte Wirkung oben genannter Lebensmittelgruppen^{[3, 5]}.

Fette und Kohlenhydrate haben im Endeffekt keinen Einfluss auf die Säure-Basen-Bilanz des Körpers. Zwar entstehen bei der Verstoffwechselung enorme Mengen an CO2, welche jedoch im Normalfall durch die Lunge abgeatmet werden. Betrachtet man die in Deutschland übliche Mischkost, so kommt es zu einem Säureüberschuss, welcher jedoch ohne Probleme durch die Ausscheidungsfunktion der Niere kompensiert werden kann.

Zusätzlich konnte bei Vegetariern (ovo-lacto-vegetabile Kost) eine deutlich geringere Säurekonzentration im Urin beobachtet werden. Allerdings wird selbst bei einer extrem einseitigen, proteinreichen Ernährung das Ausscheidungspotential der Niere bei Weitem nicht voll ausgeschöpft.

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Dass eine Störung des Säure-Basen-Gleichgewichts in Form einer klinisch nachweisbaren Azidose durch eine bestimme Ernährungsweise ausgelöst wird, ist insgesamt als unwahrscheinlich einzustufen.
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Trotz alledem ist aus epidemiologischen Untersuchungen der gesundheitliche Nutzen obst- und gemüsereicher und somit "basenreicher" Ernährungsformen ersichtlich. Inwiefern neben Mineralstoffen, Vitaminen und sekundären Pflanzenstoffen die basenbildende Wirkung der Lebensmittel dafür verantwortlich ist, bleibt abzuwarten^[5].

Soda Loading – Supplementation von Bikarbonat zur Leistungssteigerung

Hintergrund und Funktionsweise

Die deutlich gesteigerte Anhäufung von Laktat, Ammoniak und Wasserstoffionen bei hochintensiven, anaeroben Belastungen von 60 Sekunden bis 10 Minuten hat ein Absinken des pH-Wert in den Muskelzellen und im Blut zur Folge.

Der Körper ist hierbei nicht mehr in der Lage, die anfallenden Säuren zeitgleich zu neutralisieren. Daher ist es nicht selten, dass der Blut-pH-Wert kurzfristig auf Werte unter 6,8 sinkt. Die Folge sind Abnahme wichtiger Enzymaktivitäten zur Energiebereitstellung, Funktionsstörungen in den kontraktilen Elementen (Aktin-Myosin-Wechselwirkung) und somit eine Herabsetzung der körperlichen Leistungsfähigkeit.

Aufgrund dessen wurde von verschiedenen Forschern bereits um 1930 der Einsatz von Puffersubstanzen in Form von Natriumbikarbonat (Natriumhydrogenkarbonat) propagiert, um den Säure-Basen-Haushalt positiv zu beeinflussen. Diese Puffersubstanz, auch als Natron bekannt, ist Teil des körpereigenen Puffersystems.

Laut der Theorie soll die Pufferaktivität des Blutes durch eine externe Zufuhr direkt oder indirekt unterstützt werden. Der pH-Wert in der Muskelzelle soll hierdurch wiederum stabilisiert werden, da anfallende Wasserstoffionen und Laktat vermehrt aus dem Zellinnern abtransportiert werden können. Der Blut-pH-Wert sänke dadurch – die körperliche Leistungsfähigkeit bleibe allerdings längerfristig auf höherem Niveau. Eine gleichwertige Wirkung wird der Anwendung von Natirum-Citrat zugeschrieben^[4].

Wirkung

Die Substitution von Natriumbikarbonat bzw. Natriumcitrat sollte unter Idealbedingungen eine Leistungsverbesserung zur Folge haben. Dies gilt nur für Belastungen der genannten Dauer (ca. 1 – 10 Minuten), wobei die Leistungszunahme umso deutlicher ausfällt, desto stärker die metabolische Übersäuerung ausgeprägt ist.

Die Verwendung im Kraft- und Fitnesstraining wäre dementsprechend nur in bestimmten Trainingszyklen (Kraftausdauer) oder beispielsweise bei der Ausübung von Reduktionssätzen o.ä. anzuraten, da die Belastungszeit ansonsten zu kurz ist. Die Mehrzahl der Untersuchungen bezüglich Leistungen unter 30 Sekunden sowie Kraft- und Schnellkraftbelastungen zeigten keine Wirkungen^{[4, 6]}.

Eine neuere Studie von Ducan et al. (2013) deutet darauf hin, dass die Supplementation von Natriumbikarbonat die Leistung im Krafttraining, bei dem bis zum Muskelversagen trainiert wird, gesteigert werden kann. Die Studie untersuchte die Wirkung einer Supplementation auf die Leistungsfähigkeit bei der klassischen Kniebeuge und beim Bankdrücken im Bereich 70-80 % des 1RM. Jedoch konnte nur für ersteres eine Leistungsverbesserung nachgewiesen werden – die Leistung im Bankdrücken unterschied sich nicht zur Kontrollgruppe^[9].

Eine weitere Doppel-Blind-Studie, die die Auswirkungen von Natriumbikarbonat auf die Leistungsfähigkeit jugendlicher Schwimmathleten untersuchte, erzielte positive Ergebnisse. So soll eine Aufnahme von 300 mg Natriumbikarbonat pro Kilogramm Körpergewicht, 60 Minuten vor einem Schwimmsprint zwischen 50 und 200 Meter die Leistung verbessern^[10]. Im Falle eines 50-Meter-Sprints befände man sich allerdings bei einer Belastungszeit unter einer Minute. Es scheint also noch viel Forschungsbedarf vorhanden zu sein, um herauszufinden, für wen und ab welcher Belastungsdauer tatsächlich mit einer Leistungsverbesserung zu rechnen ist.

Insgesamt fielen bisherige Studien zur Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit unter genannten Bedingungen sehr unterschiedlich aus. Die Mehrzahl der Studien wies eine signifikante Wirkung einer Natriumbikarbonat-Einnahme bei hohen anaeroben Belastungen nach. Dennoch gibt es vereinzelte Studien, die keinerlei Einfluss auf die Leistungsfähigkeit ausfindig machen konnten. Außerdem sollte jedem Interessierten bewusst sein, dass diese Art der Substitution nur für Athleten, die sich im Leistungs- und Hochleistungssport bewegen, Sinn ergeben kann^[8].

Anwendung und Dosierung

Inzwischen werden zwei unterschiedliche Möglichkeiten der Anwendung befürwortet. Es kann eine einmalige Einnahme eine gewisse Zeit vor der Belastung oder eine mehrtägige Einnahme erfolgen. Letztere Einnahmemöglichkeit wurde vor allem in neueren Studien angewandt. Hierbei wurde die tägliche Gesamtdosis in vier Teildosen zeitlich versetzt eingenommen – dies über mehrere Tage (5-6). Die Ergebnisse hierzu wirken überraschend, da die leistungssteigernde Wirkung des Natriumbikarbonats bis zu zwei Tage nach Ende der mehrtägigen Zufuhr aufrecht erhalten werden konnte^[4].

Zusammenfassend werden derzeit folgenden Einnahmeempfehlungen als optimal angesehen^{[4, 6, 7]}:

• Einmalige Anwendung:
  • 300 mg Natriumbikarbonat pro Kilogramm Köpergewicht mit ausreichend Flüssigkeit, circa 60-90 Minuten vor der Belastung
  • oder: 300-500 mg Natriumcitrat pro Kilogramm Köpergewicht mit ausreichend Flüssigkeit, circa 60-90 Minuten vor der Belastung
• Längerfristige Anwendung (5-6 tägige Dauer):
  • 100-125mg Natriumbikarbonat pro Kilogramm Körpergewicht 4 mal täglich (= 400-500mg/KG(kg)) mit ausreichend Flüssigkeit und mindestens 3 Stunden Pause zwischen den Einnahmen

Natriumbikarbonat bzw. -citrat kann in Wasser aufgelöst, als Kapsel oder als Tablette eingenommen werden. Die eben aufgeführten Einnahmeempfehlungen werden nicht selten mit Wassermengen von einem Liter und mehr kombiniert^[4].

Mögliche Nebenwirkungen

Die häufigsten Nebenwirkungen, die bei Studien (welche die Einnahme von etwa 300 mg pro Kilogramm Körpergewicht untersuchten) festgestellt wurden, beziehen sich auf den Magen-Darm-Trakt. Besonders Athleten, die generell schnell Magen-Darm-Beschwerden aufzeigen, neigen bei einer Natriumbikarbonat-Supplementation vermehrt zu Übelkeit, Magenkrämpfen und Durchfall. Dies liegt in dem Zusammenstoß des Natriumbikarbonats (Base) mit der Magensäure begründet.

Es wird davon ausgegangen, dass die kombinierte Einnahme von Natriumbikarbonat mit Wasser das Auftreten der genannter Beschwerden abschwächt. Darüber hinaus wird von einer besseren Verträglichkeit des genannten Natriumcitrats ausgegangen. Nichtsdestotrotz gibt es Personen, die aufgrund der individuellen Unverträglichkeit komplett auf die Supplementation/Substitution der genannten Substanzen verzichten müssen^{[6, 7]}. Aufgrund dessen empfiehlt es sich die Verträglichkeit bereits während des Trainings und nicht (!) vor einem Wettkampf oder ähnlich wichtigen Veranstaltung zu testen.

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Vor einer Überdosierung und der daraus resultierenden Effekte ist zu warnen. Mengen von 400 mg Natriumbikarbonat/-citrat oder mehr können im Körper eine Alkalose hervorrufen: Die Basenkonzentration nimmt drastisch zu, der pH-Wert von Blut und Geweben steigt folglich^{[4, 6]}.
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Dies Kann wiederum zu Störungen des peripheren und zentralen Nervensystems führen – Kribbeln, ein taubes Gefühl in Gliedmaßen oder gar Krämpfe können die Folge sein. Ferner werden Herzrhythmusstörungen in Verbindung mit einer Überdosierung alkalischer Supplemente gebracht. Personen, die unter salzsensitivem Bluthochdruck oder einer eingeschränkten Nierenfunktion leiden, wird die Einnahme von Natriumbikarbonat und -citrat abgeraten^[4].

Fazit

Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass die Ernährung einen bedeutenden Einfluss auf den Säure-Basen-Haushalt des Körpers hat, indem sie seine eigenen Puffersysteme unterstützt. Jedoch führen selbst einseitige Ernährungsweisen per se nicht (alleine) zu einer Übersäuerung des Organismus.

Bei einer externen Manipulation des Säure-Basen-Gleichgewichts mittels einer Supplementation von Natriumbikarbonat oder -citrat zum Zwecke einer Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit ist mit Bedacht vorzugehen.

Vorerst sollte die individuelle Verträglichkeit getestet werden. Des Weiteren macht laut aktueller Studienlage die Einnahme nicht vor jeder, sondern nur vor hochintensiven, anaeroben sportlichen Belastungen, bei denen in hohem Maße Laktat produziert wird, Sinn. Die besten Resultate sollen mit einer Einnahme von 300 mg Natriumbikarbonat pro Kilogramm Körpergewicht erzielt werden.

Ferner weißen neuere Studien auf die Möglichkeit eines mehrtägigen "Soda-Loadings" hin, welches überdies einen längerfristigen Effekt mit sich bringen soll. Weder Natriumbikarbonat noch Natriumcitrat befinden sich derzeit auf der Dopingliste.

Literatur:

1. Biesalski, H.K, Bischoff, S.C., Puchstein, C. (2010): Ernährungsmedizin: nach dem neuen Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer; 4., vollst. überarb. und erw. Auflage; Thieme Verlag Stuttgart, S. 196-198
2. Worlitschek, M. (2008): Die Praxis des Säure-Basen-Haushalts: Grundlagen und Therapie; 17 Tabellen; Georg Thieme Verlag, S. 3
3. Kasper, H. (2009): Ernährungsmedizin und Diätetik; 11. überarb. Auflage, Urban & Fischer München, S. 64-66
4. Mannhart, C. (2003): Aktuelle Leistungsförderer im Sport; in: Schweizerische Zeitschrift für Sportmedizin und Sporttraumatologie; Vol. 51, S. 67f
5. Leitzmann, C., Müller, C., Michel, P., & Brehme, U. u.a. (2009): Ernährung in Prävention und Therapie. Hippokrates Verlag Stuttgart, 3. Auflage, S. 10-13
6. Raschka, C., Ruf, S. (2012): Sport und Ernährung: wissenschaftlich basierte Empfehlungen und Ernährungspläne für die Praxis; 1. Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart, S. 132-134
7. Jeukendrup, A., Gleeson, M. (2010): Sport nutrition: an introduction to energy production and performance; Human Kinetics, S. 289f
8. Matson, L.G., Tran, Z.V. (1993): Effects of natriumbicarbonat ingestion on anaerobic performance. A meta-analytic review; International Journal of Sports Medicine; S. 2-28
9. Duncan, M.J., Weldon, A., Price, M.J. (2013): The effect of sodium bicarbonate ingestion on back squat and bench press exercise to failure; in: The Journal of Strength & Conditioning Research; Oct. 2013
10. Zajac, A., Cholewa, J., Poprzecki, S., Waskiewicz, Z., & Langfort, J. (2009): Effects of sodium bicarbonate ingestion on swim performance in youth athletes; in: Journal of sports science & medicine, Vol. 8

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Bilder: Matthias Busse | Matthias Busse | Matthias Busse