Tamponi dell’acidosi muscolare per la Performance Sportiva: il Bicarbonato di Sodio

Tamponi dell’acidosi muscolare per la Performance Sportiva: il Bicarbonato di Sodio

Il bicarbonato di sodio (HCO3) viene utilizzato come aiuto ergogenico da diversi anni in ambito sportivo; molti studi ne hanno esaminato l’effetto sulla performance in diverse attività sportive, il combattimento, l’endurance, gli sport di squadra, la corsa, il nuoto ed il canottaggio [1]. Nel corso degli anni sono stati esaminati diversi protocolli ergogenici con lo scopo di massimizzare gli effetti positivi sulla performance riducendo contemporaneamente quelli negativi [1]. Il bicarbonato di sodio viene studiato fin dal 1930; il primo studio fu pubblicato dall’università di Harvard da Dennig e colleghi [2]. In questo studio furono somministrati 10g di bicarbonato di sodio prima della corsa su tapis roulant; gli autori conclusero che la performance di corsa migliorava per via dell’induzione dello stato di alcalosi nella fase che precedeva l’esercizio [2].

L’inizio della ricerca moderna sul bicarbonato di sodio risale invece allo studio di Jones e colleghi pubblicato sul Journal of Applied Physiology nel 1977 [3]. In questo studio, 5 partecipanti eseguirono 40 min di pedalata in bici ad intensità submassimale, prima di una ulteriore pedalata ad esaurimento al 95% della massima potenza in tre diverse occasioni: dopo l’introduzione di carbonato di calcio (placebo), cloruro di ammonio (condizione di acidosi) o bicarbonato di sodio (condizione di alcalosi) 3 ore prima dell’esercizio fisico [3]. In media, i partecipanti pedalavano significativamente di più dopo avere assunto il bicarbonato di sodio (0,3gr/kg) rispetto alla condizione di acidosi e controllo [3].

Negli anni 80 l’effetto del bicarbonato di sodio sulla performance dell’esercizio fisico ricevette attenzione internazionale e moltissimi studi furono pubblicati sull’argomento in tutto il mondo; diversi furono condotti come studi randomizzati, a doppio cieco e cross-over utilizzando pochi soggetti, dove fu osservato un effetto positivo sulla performance durante gli sforzi ad alta intensità e ripetuti, nella corsa, nel nuoto e nell’endurance muscolare [1].

Meccanismo d’azione

Il bicarbonato di sodio (HCO3) è altamente solubile in acqua, per questo motivo si dissocia rapidamente nei suoi costituenti ionici chiamati sodio (Na+) e bicarbonato (HCO3-) quando in contatto con soluzioni acquose, inclusi i succhi gastrici dello stomaco. Parte del bicarbonato introdotto viene rimosso nella forma di diossido di carbonio (CO2) che si forma nello stomaco; questo incremento del tasso di rilascio di CO2 spiega gli effetti collaterali dovuti all’ingestione del bicarbonato di sodio, come il gonfiore addominale e l’eruttazione. Nonostante la rimozione di HCO3 per via della neutralizzazione dell’acido presente nello stomaco, l’alcalinizzazione dei succhi gastrici a seguito dell’introduzione è in grado di stimolare l’antiporto basolaterale Cl-HCO3 presente nelle cellule parietali, mediato dall’ATPasi H+/K+- apicale gastrica; questo processo comporta un incremento del trasporto di HCO3 nel sangue [4, 5].

In aggiunta all’assorbimento del HCO3 nello stomaco, esistono altri meccanismi di assorbimento del bicarbonato nell’intestino umano [6]. La dose di bicarbonato di sodio comunemente introdotta può reagire interamente con l’acido presente nello stomaco; se il quantitativo è superiore rispetto ai succhi gastrici, parte del bicarbonato può arrivare fino all’intestino e raggiungere il digiuno, dove viene infine assorbito [6]. Questo meccanismo è strettamente dipendente dalla concentrazione di bicarbonato ed è accoppiato all’assorbimento di Na+ o all’escrezione di H+ [6]. Questi meccanismi contribuiscono all’aumento della concentrazione plasmatica di bicarbonati a seguito dell’assunzione acuta [7].

Durante l’attività ad alta intensità e a breve termine il tasso di idrolisi di ATP intramuscolare supera il tasso di risintesi di ATP mitocondriale [8-10]. La produzione di ATP, oltretutto, è fortemente dipendente dal sistema anaerobico della fosfocreatina (ATP-PCr), dall’idrolisi dell’ATP e dalla glicolisi [8-10]. Il contributo di ognuno di questi fattori varia in funzione dell’età e dell’allenamento, tuttavia il fattore maggiormente determinante resta l’intensità dell’esercizio fisico [8-10]. Più l’intensità è alta, maggiore è la predominanza del sistema ATP-PCr; al contrario, quando l’intensità decresce, il contributo dell’ATP-PCr si riduce e le richieste di ATP vengono soddisfatte dalla glicolisi [10].

Gli esercizi all-out che durano meno di 30 secondi vengono distinti da quelli la cui durata varia dai 30s a circa 5 min; mentre i primi sono caratterizzati da una rapida deplezione della fosfocreatina, i secondi portano ad un sostanziale accumulo di lattato e ioni H+, sia nei liquidi intra che extracellulari. Un grande numero di evidenze indica che l’esercizio maggiormente dipendente dalla glicolisi e che porta ad un maggiore accumulo di ioni H+ più probabilmente beneficerà della supplementazione di bicarbonato di sodio rispetto ad esercizi più corti o troppo lunghi e che non portano ad acidosi marcata [1].

In risposta all’intensa attività contrattile, il muscolo perde temporaneamente buona parte della sua capacità di generare forza e potenza per via dell’accumulo di fatica [11-13]. Si crede che l’associazione fra l’accumulo di metaboliti e ioni idrogeno abbia un ruolo centrale nella fatica, anche se la causa esatta resta ancora oggetto di discussione [11-13]. L’accumulo di ioni H+ (con conseguente acidosi muscolare e diminuzione del pH muscolare) ha mostrato di avere un ruolo centrale nel processo della genesi della fatica, ciò per via del suo effetto inibitorio sugli enzimi glicolitici, sull’abbassamento dell’effetto del Ca2+ e sull’effetto diretto sul ciclo dei ponti acto-miosinici [14, 15].

Un’importante alterazione ionica è data dal rilascio di K+ dalle cellule muscolari all’interstizio. Un incremento moderato degli ioni K+ a livello extracellulare può migliorare la funzionalità muscolare, mentre livelli elevati potrebbero depolarizzare il sarcolemma e le membrane dei T-tubuli, agendo negativamente sulla conduzione della fibra muscolare e sull’eccitabilità e, di conseguenza, sulla fatica muscolare [16-18]. Una riduzione nell’eccitabilità del sarcolemma e dei T-tubuli è connessa ad una diminuzione del rilascio di calcio dal reticolo sarcoplasmatico che è un altro fattore determinante la fatica muscolare [18-20]. Durante la fatica, un aumento del magnesio, dei fosfati inorganici ed il crollo della concentrazione di ATP nel muscolo scheletrico viene connesso ad una riduzione della produzione di forza che contribuisce alla fatica [19-21].

Il meccanismo ergogenico del bicarbonato di sodio è dato dalla sua capacità di tampone extracellulare; il sarcolemma non è permeabile all’HCO3, per questa ragione l’introduzione di bicarbonati porta ad un rapido incremento della concentrazione plasmatica di HCO3- in maniera dose dipendente; ciò viene associato a cambiamenti nel bilancio acido-base, incluso un incremento del pH e conseguente alcalosi [22-24]. Un aumento del pH extracellulare porta ad un maggior gradiente di concentrazione di ioni H+ transmembrana che stimola gli ioni H+ ed il cotrasporto di lattato al di fuori dalle cellule muscolari allenate, probabilmente attraverso i trasportatori MCT1 ed MCT4 [25]. Diretta evidenza di un aumento dell’efflusso di lattato a seguito dell’ingestione di bicarbonato di sodio è stata fornita da Hollidge-Horvet e colleghi [25].

Dato che il trasporto di lattato è stechiometricamente accoppiato con gli ioni H+, un aumentato efflusso esterno di lattato indica un incremento anche dell’efflusso di ioni H+, ciò ne riduce l’accumulo intramuscolare [25]. Un maggiore controllo del pH intramuscolare durante l’esercizio porta ad un aumentato tasso di glicolisi, un maggior utilizzo di glicogeno ed un aumentato tasso di resintesi di ATP, utile a sostenere le richieste energetiche durante l’esercizio fisico intenso [26-28]. In aggiunta al miglioramento dell’attività metabolica glicolitica nelle cellule muscolari, un miglioramento della regolazione del pH derivante dalla supplementazione di bicarbonato di sodio potrebbe fornire un ulteriore beneficio nel ciclo del ponte acto-miosinico, potenzialmente attenuando l’effetto soppressivo dell’acidosi sulla contrattilità muscolare [29-31]. Un miglioramento nella regolazione del pH intramuscolare potrebbe portare ad un incremento nella produzione di forza a pari concentrazioni citosoliche di Ca2+ durante la contrazione muscolare.

Strategie di supplementazione

La maggior parte delle ricerche scientifiche sul bicarbonato di sodio ha utilizzato 0.3gr/kg per testarne l’effetto ergogenico; uno degli studi maggiormente citati sul quantitativo migliore è stato svolto da McNaughton nel 1992 [32]. In questo studio è stato osservato l’effetto del consumo di bicarbonato di sodio con una dose incrementale da 0,1gr/kg fino a 0,5g/kg sulla potenza di picco e la capacità di lavoro totale svolti in 60s di pedalata ad alta intensità [32]. Nessun effetto ergogenico è stato osservato con dosi di 0.1g/kg per la performance dell’esercizio fisico, probabilmente per via della conseguente scarsa concentrazione di bicarbonato plasmatico [33, 34]. Un aumento del lavoro totale è stato invece osservato con dosi da 0.2 fino a 0.5g/kg, e per il picco di potenza da 0.3 fino a 0.5g/kg erano necessari per mostrare miglioramenti [32]. Non vi era una differenza significativa nell’effetto ergogenico fra le dosi di 0.3 fino a 0.5g/kg, tuttavia, gli effetti collaterali erano maggiori quando venivano assunti da 0.4 a 0.5g/kg; per questa ragione nello studio è stato concluso che la dose ottimale da assumere fosse di 0.3g/kg per ottenere il miglior rapporto costo beneficio [32].

In molti studi il bicarbonato di sodio veniva consumato 60 min o 180 min prima dell’esercizio per tutti i partecipanti, rendendo evidente la sua efficacia in questo timing [1]. Uno dei fattori determinanti l’effetto ergogenico del bicarbonato di sodio potrebbe essere l’incremento della sua concentrazione plasmatica, per questo motivo si pensa che, per incrementare la possibilità che si manifesti questo effetto, l’inizio della sessione dovrebbe coincidere con il picco plasmatico di bicarbonato, con un incremento della concentrazione di circa 5 mmol/L [35]. In questo studio si suggerisce che introdurre la dose di 0.3g/kg produca un effetto ergogenico a lungo, potenzialmente nella finestra temporale di 3h prima l’esercizio fisico, e che inizia 60min dopo l’ingestione quando viene considerato l’incremento del bicarbonato plasmatico >5 mmol/L [36].

In base a questi risultati, possiamo affermare che il bicarbonato di sodio può essere ergogenico quando introdotto da 60 a 180min prima dell’esercizio, ma la sperimentazione individuale in allenamento viene raccomandata, in particolare riguardo all’individuale incidenza degli effetti collaterali [36]. In molti studi la supplementazione di bicarbonato di sodio è stata fatta per diversi giorni consecutivi prima del test fisico, questo approccio potrebbe ridurre gli effetti collaterali dati dall’assunzione acuta, in genere l’ultima dose veniva assunta la sera prima [1]. In uno studio, per esempio, il bicarbonato di sodio è stato somministrato per 3 giorni consecutivi prima del test, con l’ultima dose assunta alle ore 19:00 della sera prima [37, 38].

Il protocollo a giornate multiple è stato inizialmente utilizzato da McNaughton e colleghi, che ha somministrato una dose di 0.5g/kg al giorno, divisa in 4 piccole dosi introdotte durante il giorno per 5 giorni consecutivi prima del test di valutazione della performance di pedalata su 60s al sesto giorno (il giorno dopo l’ultima dose introdotta) [39]. Questo protocollo di supplementazione è stato efficace nel migliorare il lavoro complessivo di circa il 14% e la potenza di picco di circa il 10% durante l’esercizio [39]. McNaughton e Thompson hanno valutato la performance dell’esercizio fisico durante 90s di pedalata dopo aver introdotto 0.5g/kg di bicarbonato di sodio 90 min prima dell’esercizio e dopo aver ingerito 0.5g/kg per 5 giorni prima dell’esercizio [39]. La performance dell’esercizio è stata valutata nei 3 giorni consecutivi; nel secondo e terzo giorno di test non vi è stata supplementazione di bicarbonato di sodio [39]. Entrambi i protocolli di integrazione hanno incrementato il lavoro totale nella pedalata nel primo giorno di test, tuttavia, solo il protocollo su giornate multiple ha avuto effetto ergogenico nei due giorni successivi [38]. Questo risultato suggerisce che la supplementazione come carico di bicarbonato di sodio nei giorni precedenti può essere utile per gli atleti che competono per diversi giorni consecutivi [38].

Sicurezza ed effetti collaterali

È importante considerare i potenziali effetti collaterali associati all’assunzione di bicarbonato di sodio, come le problematiche del tratto gastrointestinale; la formazione di CO2 nell’intestino a seguito della supplementazione potrebbe causare gonfiore, nausea, vomito, flatulenza e dolore addominale [40-42]. Oltretutto, l’incidenza e la severità di questi effetti collaterali aumenta linearmente con la dose di assunzione e andrebbe considerata per gli effetti deleteri sulla performance [24]. Per questa ragione, trovare la più bassa dose efficace potrebbe essere il miglior approccio per evitare sintomi ed effetti negativi sull’esercizio fisico. Mentre la dose di 0.3g/kg BM sembra essere quella ottimale per via dell’effetto ergogenico, una dose più bassa di 0.2g/kg BM potrebbe ugualmente essere efficace, con una riduzione degli effetti collaterali gastrointestinali, in particolare quando l’assunzione viene cronometrata per far coincidere il picco della concentrazione di bicarbonati ematici con l’esecuzione dell’esercizio [43, 44].

Andrebbe considerato che l’assunzione in cronico di bicarbonato di sodio nelle dosi comunemente suggerite di 0.3gr/kg contribuisce all’aumento del carico di sodio nel corpo, portando ad oltrepassare i livelli suggeriti dalle linee guida alimentari. Ridurre o limitare gli effetti collaterali del bicarbonato di sodio potrebbe incrementarne gli effetti ergogenici, per raggiungere questo obiettivo possono essere considerate diverse strategie. Ad esempio, è importante considerare il timing di assunzione; Sieger e colleghi hanno mostrato discomfort intestinali inferiori 180m dopo la supplementazione rispetto all’assunzione classica nei 60 o 120 min precedenti l’esercizio, inoltre, la concentrazione plasmatica di bicarbonato era simile nelle diverse condizioni [45].

Carr e colleghi hanno osservato una maggiore incidenza di effetti collaterali dopo circa 90min dall’assunzione, suggerendo che condurre i test con queste tempistiche potrebbe non essere ottimale [46]. Un altro modo per minimizzare l’effetto collaterale è quello di inserire il bicarbonato di sodio nelle vicinanze di un pasto [46]. Rispetto a soggetti che assumevano il bicarbonato di sodio isolato, coloro che lo combinavano con un pasto ad alto contenuto di carboidrati (1.5g di CHO/kg) hanno avuto una più bassa incidenza di sintomi gastrointestinali [46]. Questa potrebbe essere un’ottima strategia per gli atleti che consumano un alto contenuto di carboidrati nelle ore prima di un allenamento o di una competizione.

L’assunzione di bicarbonato di sodio più volte al giorno potrebbe essere efficace nell’incrementare i livelli di HCO3 nel sangue senza necessitare di un ingestione integrativa nel giorno gara stesso, dato che il bicarbonato circolante potrebbe rimanere elevato fino a 48h [47-49]. Più recentemente, le strategie volte a minimizzare l’interazione del bicarbonato con l’acido dello stomaco hanno mostrato una riduzione negli effetti collaterali ottimizzando l’incremento di bicarbonati nel sangue [50]. Un rilascio prolungato o delle capsule rivestite potrebbero ridurre gli effetti collaterali rispetto all’introduzione di bicarbonato di sodio in capsule di gelatina o in soluzione [51, 52].

Effetto sulla performance sportiva

La durata minima dell’esercizio ad alta intensità affinché il bicarbonato di sodio manifesti un effetto ergogenico non è ancora stata stabilita con certezza. McNaughton ha esaminato l’effetto della supplementazione di bicarbonato di sodio sulla performance della pedalata per la durata di 10, 30, 120 e 240s, mostrando un significativo miglioramento solo in esercizi della durata compresa fra i 120 ed i 240 secondi [53].

Altri due studi hanno mostrato una riduzione media nel tempo richiesto a completare una corsa di 400m e di 1500m rispettivamente di 1.5s e 3s (1.1% e 2.9%), valori potenzialmente rilevanti, soprattutto in un contesto sportivo di alto livello [54, 55]. Analizzando gli studi sembrerebbe che la durata minima dell’esercizio ad alta intensità affinché il bicarbonato di sodio eserciti un effetto ergogenico debba essere superiore ai 30 secondi [54, 55].

Per quanto riguarda il limite superiore della durata dello sforzo molti studi hanno utilizzato esercizi di pedalata ad alta intensità e test di corsa che duravano fra i 4 ed i 12 minuti, mostrando effetti ergogenici dati dall’introduzione del bicarbonato di sodio [1]. Per esempio, Gough e colleghi hanno utilizzato nel loro studio un test di pedalata da 4km della durata di circa 6 minuti, osservando come il bicarbonato di sodio era in grado di ridurre il tempo necessario a completare il test dai 5 agli 8s (circa il 2%) [56]. Le evidenze indicano che l’utilizzo del bicarbonato di sodio potrebbe migliorare la performance dell’esercizio fisico e la corsa se di sufficiente intensità e della durata fra i 30s ed i 12 min [1].

Il bicarbonato di sodio può essere utile durante l’esercizio prolungato a intensità progressiva; Costill e colleghi hanno utilizzato un protocollo che consisteva in 4 pedalate della durata di 1 minuto (incluso 1 minuto di riposo) con il quinto sprint eseguito fino ad esaurimento [57]. Questo sprint finale è stato prolungato di circa 47s a seguito dell’assunzione di bicarbonato di sodio, dimostrando un aumento della performance durante esercizi ad alta intensità ripetuti [57]. Il beneficio dato dal bicarbonato di sodio può essere maggiore quando gli intervalli di riposo sono più brevi, ciò viene supportato da una recente meta-analisi che includeva 10 studi e che ha scoperto un effetto ergogenico del bicarbonato di sodio sulla potenza media solo quando venivano considerati gli studi che utilizzavano riposi brevi fra i test [58]. Come risultato, la distanza totale percorsa era maggiore nei test in cui veniva utilizzato il bicarbonato di sodio [58].

Bishop e colleghi hanno utilizzato un protocollo di sprint dove ai partecipanti veniva richiesto di eseguire 5 x 6s di pedalate veloci con un periodo di riposo di 30s fra i vari set, analizzando successivamente gli outcome sul lavoro complessivo ed il picco di potenza [59]. Il lavoro totale su tutti gli sprint era maggiore a seguito dell’introduzione di bicarbonato di sodio (0,4gr/kg) e ciò veniva largamente attribuito all’incremento della potenza di picco negli sprint 3, 4 e 5; il bicarbonato di sodio ha quindi migliorato la performance attenuando il declino della potenza indotto dalla fatica durante gli sprint ripetuti [156]. Lo Yo-Yo test intermittente viene largamente utilizzato per la valutazione della performance della corsa intervallata, il quale è particolarmente rilevante in molti sport di squadra [60]. 

È un test utile per determinare la capacità individuale di intraprendere, performare ripetutamente e recuperare da una corsa ad alta intensità [60]. In questo test, i soggetti devono correre 2 x 20 m di distanza a velocità progressivamente crescente, con un recupero di 10 secondi [60]. Questo test ha due livelli (1 e 2) con l’ultimo che inizia a velocità maggiore e richiede un grande contributo del sistema energetico anaerobico [60]. Diversi studi hanno esaminato l’effetto del bicarbonato di sodio sulla performance in questo test [61-64]. Marriot e colleghi hanno esaminato l’effetto dell’introduzione di 0,4g/kg di bicarbonato di sodio o di un placebo 60-90 min prima dell’esercizio fisico su 12 atleti [62]. Il bicarbonato di sodio ha aumentato la distanza percorsa nel livello 2 dello Yo-Yo test del 23%, molto probabilmente per via del maggior contributo del sistema anaerobico in questo livello [62]. Gli atleti che competono in sport intermittenti, come il calcio, la pallacanestro, l’hockey, la pallavolo, il canottaggio, il nuoto di lunga distanza ed il rugby dovrebbero considerare la supplementazione con bicarbonato di sodio per migliorare in acuto la performance.

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