Vraag effect bicarbonaat bij lange duursporten

Kort antwoord

Bicarbonaat kan de pH waarde in het bloed verhogen en hierdoor lactaat uit de cel onttrekken omdat lactaat getransporteerd wordt van gebieden met een lage pH naar een hogere pH. Het is echter onduidelijk of dit vervolgens bij lange inspanning ook tot prestatievermindering kan leiden vanwege minder mitochondriële oxidatie van lactaat. De lagere lactaatconcentratie binnen de spier kan ertoe leiden dat meer glycogeen gebruikt moet worden om snel genoeg energie te produceren. Bij een lang duurevent zoals een marathon kan dit theoretisch ertoe leiden dat glycogeen eerder wordt uitgeput waardoor de prestatie mogelijk verminderd wordt, ook als er koolhydraten worden ingenomen. Direct bewijs hiervoor ontbreekt echter.

Achtergrond

Tijdens zeer intensieve inspanningen tot ongeveer één minuut wordt de meeste energie gehaald uit de afbraak van fosfocreatine (PCr) en het omzetten van glycogeen naar glucose en vervolgens naar lactaat.^[1] De glycolyse (afbraak van glucose) leidt naast de productie van energie (ATP) ook tot de productie van bijproducten zoals lactaat, waterstofionen (H⁺) en protonen. Deze bijproducten kunnen resulteren in verzuring van de spieren (zogenaamde metabole acidose; verlaging in de pH graad).^[1-3] Hoewel deze verzuring positieve effecten heeft op enkele mechanismen (zoals krachtproductie bij spieren waarbij kalium verhoogd is ^[4]) , heeft het een nadelig effect op belangrijke andere mechanismen. Zo zorgt verzuring onder andere voor een minder goede werking van verschillende enzymen die een belangrijke rol hebben in het genereren van energie die nodig is voor herhaaldelijke spiercontracties.^[5] Omdat de negatieve effecten een groter aandeel hebben, gaat verzuring doorgaans gepaard met een verminderde mogelijkheid om herhaaldelijk een submaximale kracht te genereren.^{[1, 5]} Vanwege deze verminderde prestatiecapaciteit bij verzuring is er veel interesse in de potentiële presentatie bevorderende effecten van alkaliserende (ontzurende) voedingsproducten zoals bicarbonaat.

Lactaat

Bij het afbreken van glucose wordt lactaat aangemaakt.^[6] Dit proces vind plaats in de (spier)cel in het cytosol.^[7] Deze lactaat kan worden gebruikt als brandstof binnen o.a. de mitochondria van dezelfde (spier)cel waar het geproduceerd is (intracellulaire shuttle), in andere spiercellen (intercellulaire, of cel-cel shuttle), en zelfs in andere organen zoals het hart (orgaan-orgaan shuttle).^[7-9] Daarnaast kan lactaat in de lever en nieren worden gebruikt voor het opnieuw aanmaken van glucose in een proces genaamd gluconeogenese.^[7-9] In eerste instantie zal de lactaat echter vooral binnen dezelfde spiercel of nabij liggende spiercellen in de mitochondria worden verbrand. Wanneer de maximale capaciteit om lactaat en H⁺ te verbranden en/of transporteren^[10] in deze cellen is bereikt, loopt de lactaat en H⁺ concentratie binnen de spier op en daalt de pH waarde. Omdat de pH waarde in het bloed hoger is wordt de aangemaakte lactaat en H⁺ steeds meer naar het bloed getransporteerd. Hierdoor stijgt de lactaatconcentratie in het bloed ten opzichte van het rustniveau. Via het bloed kan het door andere, minder actieve, (spier)cellen worden opgenomen om te dienen als brandstof. Wanneer de intensiteit van de inspanning verder toeneemt kunnen deze andere (spier)cellen uiteindelijk niet nog meer lactaat opnemen dan geproduceerd wordt. Hierdoor blijft de lactaatconcentratie toenemen totdat de inspanning wordt gestopt of de intensiteit verminderd.

Lactaattransport

Lactaat wordt getransporteerd over membranen binnen een cel, tussen verschillende cellen en tussen verschillende organen door middel van diffusie en proteïnen (zogenaamde monocarboxylate transport proteins (MCTs)).^[10] De aanwezigheid van deze proteïnen verschilt tussen cellen (bijv. type I/IIa vezels) en weefsels (spier vs hart).^[11] Binnen de spier zijn MCT1 en MCT4 de belangrijkste transporteurs. MCT1 is een transporteur die lactaat zowel binnen de cel kan verplaatsen (van cytosol naar mitochondriën of peroxisomes^[9]) en ook tussen cellen kan verplaatsen (van type II naar type I vezels). MCT4 is een transporteur die vooral lactaat tussen cellen verplaatst en komt vooral voor in type II vezels.^{[11, 12]} Beide MCT’s zijn bi-directioneel wat inhoudt dat ze lactaat kunnen wegvoeren van cellen die een overschot aan lactaat hebben en toevoeren naar cellen die lactaat kunnen gebruiken om energie te genereren.^[13] Met andere woorden: ze zorgen ervoor dat cellen kunnen omschakelen tussen het afgeven en opnemen van lactaat. MCTs 1 en 4 zijn passief (hebben geen energie nodig om hun werking te doen)^[11] en verplaatsen lactaat (en pyruvaat en H⁺ ionen) binnen een cel en tussen cellen op basis van pH concentratieverschillen en redox status (balans prooxidanten en antioxidanten).^{[3, 8-10, 14]} Lactaat gaat hierbij van gebieden met hoge lactaatconcentraties naar lage concentraties en van gebieden met relatief lage pH (verzuring) naar gebieden met hogere pH.^{[7, 10, 11]}  Als de pH waarde in een cel dus laag is als gevolg van glycolyse, terwijl de pH waarde in het bloed hoger is (bijv. door het innemen van bicarbonaat) zal lactaat (en H⁺ ionen) uit de cel worden getransporteerd naar het bloed, waarbij het vervolgens weer in andere cellen/organen terecht komt mits de lactaat concentratie en/of pH waarde daar hoger is (zie ook ^[15]). Direct bewijs hiervoor komt van onderzoeken waarbij de pH concentratie in het bloed van dieren werd verhoogd en dit resulteerde in meer lactaatafgifte van de spier naar het bloed (zie referenties 146, 204, 211, 324 in ^[10]). In verschillende onderzoeken is een verhoogde lactaatafgifte ook gevonden wanneer geïsoleerde spiervezels herhaaldelijk samentrokken in een vloeistof waarbij de pH concentratie met bicarbonaat werd verhoogd ten opzichte van een lagere pH concentratie zonder bicarbonaat.^{[10, 16, 17]}

Effect van bicarbonaat op lactaattransport en prestatie

Verschillende onderzoeken hebben aangetoond dat bicarbonaat de pH waarde in het bloed kan verhogen, en daarmee dus de lactaatconcentratie in de spiercel kan verlagen (zie o.a. ^[18]). De lagere lactaatconcentratie in de spier zorgt ervoor dat vetzuren beter het mitochondriële reticulum in kunnen.^[8] Het sneller wegvoeren van lactaat uit de spier is vanuit dit perspectief dus gunstig voor een lange duurinspanning omdat dit mogelijk ertoe kan leiden dat meer vetten verbrand kunnen worden. Echter zijn er ook nadelen aan een lagere lactaatconcentratie binnen de spier en gerelateerde hogere lactaatconcentratie in het bloed. De aanwezigheid van lactaat in het bloed onderdrukt bijvoorbeeld de circulatie en dus aanvoer van vetten naar de spier doordat deze binden op dezelfde receptor.^[8] Hoewel er mogelijk meer vetten verbrand kunnen worden is het dus de vraag of deze voldoende de spier bereiken. Verder is het de vraag of de verbranding van vetten snel genoeg energie genereert voor de intensiteit van bijvoorbeeld een marathon. Indien dit niet zo is zal de lagere lactaatconcentratie in de spier ervoor zorgen dat meer glycogeen gebruikt moet worden om snel genoeg energie te produceren.^{[3, 19]} Op basis hiervan kan gesteld worden dat het sneller afvoeren van lactaat niet gunstig is voor sportprestaties waarbij glycogeen (lokaal^[20]) uitgeput kan raken zoals een marathon. Het innemen van koolhydraten tijdens de inspanning lijkt het verbruik van glycogeen niet te verminderen^[21] en het is daarom mogelijk dat bicarbonaat niet gunstig is voor lange duurprestaties omdat het mogelijk leidt tot meer uitputting van glycogeen. Daartegenover staat dat bicarbonaat mogelijk wel voordeel oplevert om beter om te gaan met kortdurende verzuring, bijvoorbeeld wanneer er periodes zijn waarin de intensiteit extra hoog ligt (bijv. versnelling tegenstander, bergop lopen). Onderzoek waarbij het effect van bicarbonaat op langere duurprestaties is onderzocht ontbreekt echter nog. De langste duur die onderzocht is, is namelijk 60 minuten fietsen^[22] of hardlopen^[23]. Hoewel beide onderzoeken voordelen rapporteren van bicarbonaat, raakt glycogeen doorgaans niet volledig uitgeput binnen deze tijd.

Conclusie

Bicarbonaat kan de pH waarde in het bloed verhogen en hierdoor lactaat uit de cel onttrekken omdat lactaat getransporteerd wordt van gebieden met een lage pH naar een hogere pH. Het is echter onduidelijk of dit vervolgens bij lange inspanning ook tot prestatievermindering kan leiden vanwege minder mitochondriële oxidatie van lactaat. De lagere lactaatconcentratie binnen de spier kan ertoe leiden dat meer glycogeen gebruikt moet worden om snel genoeg energie te produceren. Bij een lang duurevent zoals een marathon kan dit theoretisch ertoe leiden dat glycogeen eerder wordt uitgeput waardoor de prestatie mogelijk verminderd wordt. Direct bewijs hiervoor ontbreekt echter nog.