Deman Health

1. Samenvatting
Bloedlactaat en de fysiologische implicaties ervan blijven een onderwerp van discussie in de literatuur. Waar het aanvankelijk werd beschouwd als een ‘afvalproduct’ dat spiervermoeidheid en spierpijn veroorzaakt bij langdurige intensieve inspanning, verschuift dit idee geleidelijk naar lactaat als een actieve brandstofbron bij alle niveaus van inspanningsintensiteit. De meting ervan in de intensive care is goed ingeburgerd om de prognose te voorspellen bij aandoeningen variërend van sepsis tot traumatisch hersenletsel. Toch zouden de richtlijnen herzien kunnen worden om een optimale behandeling te waarborgen. In elitesporten, waarin inspanningen boven de ~70% van de maximale aerobe capaciteit (VO2max) worden geleverd, is lactaatophoping een belangrijke marker voor de totale belasting. Bij nadere beschouwing van de metabole routes die actief zijn bij een 400m-atleet, wordt de relatie tussen voeding, training en de gevolgen voor de bufferende capaciteit van de sporter duidelijk. Lactaattesten zijn sterk afhankelijk van de setting en interpretatie. Waar in de intensive care arteriële monsters worden genomen, gebruiken inspanningsfysiologen draagbare apparaten om een maximale lactaat steady state (MLSS) te identificeren. Deze drempel is echter onderwerp van debat, en recent is voorgesteld dat critical power (CP) en de beschikbare arbeid boven CP (W’) mogelijk een betere weergave van prestaties bieden.

2. Fysiologische basis van de uitkomstmaat
Tijdens anaerobe dissimilatie worden glucosemoleculen via glycolyse omgezet in pyruvaat en vervolgens gereduceerd tot lactaat en waterstofionen (H+). Dit gebeurt met behulp van het enzym lactaatdehydrogenase (LDH), dat ook nicotinamide-adenine-dinucleotide (NAD⁺) omzet in NADH en vice versa. Dit proces is minder efficiënt in ATP-productie dan de aerobe route, maar levert sneller energie vanwege de kortere reactietijd. Lactaat kan via gluconeogenese weer worden omgezet in pyruvaat, een proces dat plaatsvindt in de lever en wordt gestimuleerd door cortisol en glucagon. Deze ‘recycling’ is onderdeel van de Cori-cyclus. Glycolyse is een belangrijke energiebron, en het onvermogen om spierglycogeen te gebruiken beperkt de inspanningscapaciteit aanzienlijk, zoals gezien bij de ziekte van McArdle.

Er zijn twee typen lactaat geïdentificeerd: L-lactaat en D-lactaat. De eerste is een endogene verbinding, de tweede een potentieel schadelijke enantiomeer. In dit document wordt met ‘lactaat’ enkel naar L-lactaat verwezen.

Voorheen werd bij intensieve inspanning verhoogd bloedlactaat als hoofdveroorzaker van spiervermoeidheid gezien. Dit inzicht is inmiddels achterhaald door de Lactate Shuttle Theory, waarin “producerende cellen van lactaat en verbruikende cellen voor lactaatgebruik of -signalisatie barrièreoverschrijdend kunnen werken, zowel binnen als tussen cellen, weefsels en organen.”

In een ‘verbruikende’ cel wordt de LDH-flux omgekeerd, en worden de geproduceerde NADH-elektronen gebruikt in de malate-aspartaat- en glycerol-3-fosfaatshuttles. Deze shuttles ondersteunen het elektronentransport en de ATP-productie in de mitochondriën. Dit zou betekenen dat verhoogd lactaat eerder als brandstof dient dan als vermoeidheidsfactor. Lactaat wordt in het hele lichaam geproduceerd, waaronder in hart, hersenen en andere organen, en wordt zelfs gezien als schakel tussen glycolytische en oxidatieve routes.

Lactaatproductie en -concentraties zijn nauw verbonden met pyruvaat via redox-bufferingssystemen. De uitwisseling tussen lactaat en pyruvaat in de cellen en bloed is sneller dan glycolyse zelf, waardoor de oorzaak-gevolgrelatie twee kanten op kan gaan. Op basis van bloedwaarden kunnen intracellulaire lactaatconcentraties en NAD/NADH-verhoudingen worden berekend. Bloedlactaat biedt dus inzicht in cellulaire metabolisme en bredere systemische processen. Wanneer het lactaatgehalte chronisch te hoog blijft, kan dit leiden tot lactaatacidose — een gevaarlijke toestand bij ernstig zieke patiënten.

3. Implicaties van de uitkomstmaat in gezondheid en inspanning
Bloedlactaat wordt tot op heden gebruikt als klinische marker voor lactaatacidose, veelal gezien op de intensive care. Normale bloedlactaatwaarden liggen onder ~2 mmol/L. Waarden boven ~4 mmol/L worden als ernstig hyperlactatemisch beschouwd en zijn geassocieerd met verhoogd sterfterisico bij vertraagde diagnose. Andere classificaties zijn gebaseerd op bloed-pH of partiële druk (PP) van koolstofdioxide in combinatie met verhoogd lactaat.

Lactaatacidose wordt doorgaans onderverdeeld in type A (geassocieerd met hypoperfusie of hypoxie) en type B (niet-hypoxische oorzaken). Een snelle en specifieke diagnose is cruciaal om verdere achteruitgang te voorkomen. Lactaat wordt hier dus gebruikt als indicator en niet als oorzaak van het ziektebeeld. Een interessante variabele is de lactaatklaring, die mogelijk de microcirculatie weerspiegelt. Bij type A-acidose kan het direct duiden op de mate van weefselperfusie, en zo op orgaanfalen of ischemie. Het geeft echter een algemeen beeld en geen specifieke locatie aan, en moet dus voorzichtig worden geïnterpreteerd.

Tegenwoordig wordt aangenomen dat verhoogd lactaat niet noodzakelijk door zuurstoftekort komt. Hoewel extreem lage zuurstofspanningen de mitochondriale fosforylatie kunnen belemmeren, zouden zulke spanningen zelden voorkomen. Mitochondriën functioneren zelfs bij PPs tussen 0,5 – 2,0 mmHg. In een studie van Girardis et al. werden sepsispatiënten met een agressieve zuurstoftherapie (PP 150 mmHg) vergeleken met een conservatievere aanpak (PP 70-100 mmHg). De hogere zuurstofgroep had slechtere overlevingskansen na 72 uur, wat aangeeft dat zuurstofgebrek niet de doorslaggevende factor is. Tijdens inspanning is de PPO2 gemiddeld zoals getoond in Figuur 2.

Bij inspanning lijkt lactaatproductie eerder het gevolg van versnelde glycolyse, een hogere productie dan klaring, en toegenomen rekrutering van snelle spiervezels (type IIa & IIx). Gemiddeld stijgt lactaat abrupt voorbij 50% van VO2max, vaak gepaard met verzuring, hoewel dit niet gelijk staat aan zuurstoftekort. Vermoeidheid is nu beschouwd als een multifactorieel proces, niet enkel veroorzaakt door lactaat.

4. Implicaties van de uitkomstmaat in topsport
Zoals in sectie 2 beschreven, wordt lactaat continu geproduceerd. Buiten kritieke ziektetoestanden zal langdurige inspanning boven 50-70% van VO2max geleidelijk zorgen voor een stijging van bloedlactaat boven rustniveaus.

In Figuur 3 is visueel weergegeven hoe verschillende energiesystemen bijdragen, afhankelijk van de inspanning. Opgemerkt moet worden dat deze systemen altijd tegelijk actief zijn. In de beginfase van inspanning is er sprake van een zuurstofvertraging. Ross en Leveritt toonden aan dat bij sprints van 10 en 20 seconden het aerobe aandeel toenam van 13% naar 27%. Mogelijke verklaringen zijn een initiële zuurstoftekort in de spieren of een vertraagde activatie van de oxidatieve systemen.

400m-atleet en anaerobe dissimilatie:
Tijdens een 400m sprint — met elitetijden rond 45 seconden voor mannen en 48 voor vrouwen — daalt de bloed-pH aanzienlijk. Buffercapaciteit speelt een grote rol in prestaties. Limmer, Eibl en Platen toonden aan dat een alkalisch dieet gedurende vier dagen de 400m-prestaties significant verbeterde (p = 0.026). Ze zagen een stijging in bloedlactaat en vermoedden dat dit wijst op verbeterde buffercapaciteit, al is dit niet definitief bewezen.

Ook intensieve training (zoals HIIT) en snelheidstraining verbeteren de H⁺-transport en intracellulaire buffers. Trainingsvormen verschillen in duur, afstand en herstelintensiteit. Nieuwere methoden zoals BFR-training kunnen bijdragen aan pH-regulatie.

Het moment waarop buffering faalt bij H⁺-ophoping wordt vaak onjuist benoemd. Voor de duidelijkheid wordt hier de term anaerobe lactaatdrempel gebruikt. Deze ligt bij 50% VO2max bij ongetrainden en ~70% bij getrainden.

Jacques et al. toonden aan dat deze drempel goed correleert met toename in piekvermogen (Wpeak) en VO2max na 12 weken HIIT.

Hoewel lactaat niet meer als vermoeiende stof wordt gezien, blijven bloedlactaatniveaus nuttig als prestatie-indicator. Een goed trainingsprogramma kan de drempelwaarde verschuiven. Bij 400m-lopers betekent een hogere lactaatdrempel en verbeterde bufferingscapaciteit een snellere tijd. Bij explosieve atleten zoals 100m-sprinters is neuromusculaire aansturing beperkend, niet lactaatophoping. Maar recente studies tonen toch aanzienlijke lactaatstijging bij elite sprinters na 20m sprints, iets wat bij subeliten niet werd gezien. Verdere studie is dus nodig.

5. Het testen van de uitkomstmaat
Lactaat wordt in het hele lichaam geproduceerd en verbruikt, van hersenen tot skeletspieren. Vóór de jaren 80 werd vaak arterio-veneus gemeten zonder isotopische tracers, waardoor men het lactaattransport niet goed kon volgen. Dit leidde tot het foutieve idee van ‘zuurstofschuld’.

Op de ICU wordt serumlactaat bij voorkeur binnen 15 minuten verwerkt. In sportfysiologie wordt eerder gekozen voor capillaire metingen via oorlel of vinger, wat praktisch is en goed overeenkomt met arteriële waarden. Verschillende draagbare lactaatmeters zijn betrouwbaar, mits goed gekalibreerd. Glycogeenstatus vooraf is cruciaal, aangezien deze meting sterk beïnvloedt.

Een handige visualisatietechniek is het plotten van arbeid (in Watt) tegenover bloedlactaat (mmol/L). Deze lactaatcurves zijn reproduceerbaar en geven een duidelijk beeld van de voortgang.

De MLSS wordt gedefinieerd als de maximale output waarbij lactaat stabiel blijft. De test duurt 30 minuten, vereist herhaling over 4-5 dagen en is belastend. Hoewel deze methode gangbaar is, blijkt de betrouwbaarheid beperkt bij verschillende sporten.

Jones et al. stellen daarom voor om critical power (CP) en W′ te gebruiken als betrouwbaardere maat. Van Schuylenbergh et al. onderzochten verschillende methodes en concludeerden dat langere intervallen betere schattingen geven en bevestiging via constante belasting noodzakelijk blijft.

Garcia-Tabar et al. stelden een alternatief voor: een enkel veldtestmoment om via regressie de MLSS te voorspellen. Dit bleek statistisch significant, maar vraagt nog om langetermijnonderzoek.

Andere indirecte methodes zijn gebaseerd op ademgasanalyse (GET) of hartslagcurves, maar zijn minder nauwkeurig.

Afkortingenlijst:
MLSS – Maximal Lactate Steady State
(a-v) – Arterio-veneus
ATP – Adenosinetrifosfaat
ATP-PC – ATP-Fosfocreatinesysteem
CNS – Centraal Zenuwstelsel
GIT – Gastro-intestinaal Stelsel
HIIT – High Intensity Interval Training
ICU – Intensive Care Unit
LDH – Lactaatdehydrogenase
NAD⁺ – Nicotinamide-adenine-dinucleotide
NADH – Nicotinamide-adenine-dinucleotide + Waterstof
PP – Partiële druk (mmHg)
PPO₂ – Partiële zuurstofdruk (mmHg)
RCT – Randomized Controlled Trial
RST – Repeated Sprints Training
SIT – Sprint Interval Training
VO₂max – Maximale zuurstofopnamecapaciteit

Referentielijst:

1.      Farhana A, Lappin SL. Biochemistry, Lactate Dehydrogenase (LDH) [Internet]. StatPearls. StatPearls Publishing; 2020 [cited 2021 Nov 15]. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK557536/
2.      Powers SK, Howley ET, Quindry J. Exercise Physiology – theory and Application to fitness and Performance [Internet]. ELEVENTH E. Exercise Physiology. New York, NY: McGraw Hill LLC; 2021. 79, 336–337, 520 p. Available from: http://www.depts.ttu.edu/hess/mccomb/documents/ess3305/ppt/chap03.pdf
3.      Reddy AJ, Lam SW, Bauer SR, Guzman JA. Lactic acidosis: Clinical implications and management strategies. Cleve Clin J Med [Internet]. 2015 Sep 1 [cited 2021 Nov 14];82(9):615–24. Available from: https://europepmc.org/article/med/26366959
4.      Ollivier K, Hogrel JY, Gomez-Merino D, Romero NB, Laforêt P, Eymard B, et al. Exercise tolerance and daily life in McArdle’s disease. Muscle and Nerve [Internet]. 2005 May [cited 2021 Nov 21];31(5):637–41. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15614801/
5.      Lee T-Y. Lactate: a multifunctional signaling molecule. Yeungnam Univ J Med [Internet]. 2021 [cited 2021 Dec 5];38(3):183–93. Available from: https://doi.org/10.12701/yujm.2020.00892
6.      Ferguson BS, Rogatzki MJ, Goodwin ML, Kane DA, Rightmire Z, Gladden LB. Lactate metabolism: historical context, prior misinterpretations, and current understanding [Internet]. Vol. 118, European Journal of Applied Physiology. 2018 [cited 2021 Nov 15]. p. 691–728. Available from: https://doi.org/10.1007/s00421-017-3795-6
7.      Wasserman K, Whipp BJ, Koyal SN, Beaver WL. Anaerobic threshold and respiratory gas exchange during exercise. J Appl Physiol [Internet]. 1973 [cited 2021 Nov 21];35(2):236–43. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/4723033/
8.      Brooks GA. The Science and Translation of Lactate Shuttle Theory [Internet]. Vol. 27, Cell Metabolism. 2018 [cited 2021 Nov 14]. p. 757–85. Available from: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2018.03.008
9.      Brooks GA. Lactate as a fulcrum of metabolism [Internet]. Vol. 35, Redox Biology. 2020 [cited 2021 Nov 16]. Available from: https://reader.elsevier.com/reader/sd/pii/S2213231720300422?token=AB2FABEEC0E36AEB8B1764C8A0A06D1D060BCA23CBB084A5D79D47424E367B7DC3C621CFC5711129FDF8242D485F9E24&originRegion=eu-west- &originCreation=20211116210044
10.    Rabinowitz JD, Enerbäck S. Lactate: the ugly duckling of energy metabolism. Nat Metab. 2020 Jul 1;2(7):566–71.
11.    Poole DC, Rossiter HB, Brooks GA, Gladden LB. The anaerobic threshold: 50+ years of controversy [Internet]. Vol. 599, Journal of Physiology. John Wiley & Sons, Ltd; 2021 [cited 2021 Nov 14]. p. 737–67. Available from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1113/JP279963
12.    Seheult J, Fitzpatrick G, Boran G. Lactic acidosis: An update [Internet]. Vol. 55, Clinical Chemistry and Laboratory Medicine. Walter de Gruyter GmbH; 2017 [cited 2021 Nov 15]. p. 322–33. Available from: https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/cclm-2016-0438/html
13.    Zhang Z, Xu X. Lactate clearance is a useful biomarker for the prediction of all-cause mortality in critically Ill patients: A systematic review and meta-analysis. Vol. 42, Critical Care Medicine. Lippincott Williams and Wilkins; 2014. p. 2118–25.
14.    Wardi G, Brice J, Correia M, Liu D, Self M, Tainter C. Demystifying Lactate in the Emergency Department [Internet]. Vol. 75, Annals of Emergency Medicine. Elsevier; 2020 [cited 2021 Nov 15]. p. 287–98. Available from: http://www.annemergmed.com/article/S0196064419305372/fulltext
15.    Foucher CD, Tubben RE. Lactic Acidosis. StatPearls [Internet]. 2021 Jul 19 [cited 2021 Nov 14]; Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK470202/
16.    Kraut JA, Madias NE. Lactic Acidosis: Current Treatments and Future Directions. Am J Kidney Dis. 2016 Sep 1;68(3):473–82.
17.    Defronzo R, Fleming GA, Chen K, Bicsak TA. Metformin-associated lactic acidosis: Current perspectives on causes and risk. Metabolism [Internet]. 2016 Feb 1 [cited 2021 Nov 14];65(2):20–9. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26773926/
18.    Masyuk M, Wernly B, Lichtenauer M, Franz M, Kabisch B, Muessig JM, et al. Prognostic relevance of serum lactate kinetics in critically ill patients. Intensive Care Med [Internet]. 2019 [cited 2021 Nov 15];45(1):55–61. Available from: https://doi.org/10.1007/s00134-018-5475-3
19.    Spiegel R, Gordon D, Marik PE. The origins of the Lacto-Bolo reflex: The mythology of lactate in sepsis [Internet]. Vol. 2, Journal of Thoracic Disease. AME Publications; 2020 [cited 2021 Nov 15]. p. S48–53. Available from: /pmc/articles/PMC7024759/
20.    Girardis M, Busani S, Damiani E, Donati A, Rinaldi L, Marudi A, et al. Effect of conservative vs conventional oxygen therapy on mortality among patients in an intensive care unit the oxygen-icu randomized clinical trial. JAMA – J Am Med Assoc [Internet]. 2016 Oct 18 [cited 2021 Nov 15];316(15):1583–9. Available from: https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2565306
21.    Clanton TL, Hogan MC, Gladden LB. Regulation of cellular gas exchange, oxygen sensing, and metabolic control. Compr Physiol [Internet]. 2013 [cited 2021 Nov 15];3(3):1135–90. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23897683/
22.    Burnley M, Jones AM. Power–duration relationship: Physiology, fatigue, and the limits of human performance. Eur J Sport Sci [Internet]. 2018 Jan 2 [cited 2021 Nov 21];18(1):1–12. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27806677/
23.    Ross A, Leveritt M. Long-term metabolic and skeletal muscle adaptations to short-sprint training: Implications for sprint training and tapering [Internet]. Vol. 31, Sports Medicine. Springer; 2001 [cited 2021 Nov 19]. p. 1063–82. Available from: https://link.springer.com/article/10.2165/00007256-200131150-00003
24.    World Athletics. World Athletics [Internet]. 2021 [cited 2021 Nov 21]. Available from: https://www.worldathletics.org/records/by-discipline/sprints/400-etres/outdoor/women
25.    Tomazin K, Morin JB, Strojnik V, Podpecan A, Millet GY, Lacour JR. Fatigue after short (100-m), medium (200-m) and long (400-m) treadmill sprints. Eur J Appl Physiol [Internet]. 2012 Mar [cited 2021 Nov 21];112(3):1027–36. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21735216/
26.    Limmer M, Eibl AD, Platen P. Enhanced 400-m sprint performance in moderately trained participants by a 4-day alkalizing diet: A counterbalanced, randomized controlled trial. J Int Soc Sports Nutr [Internet]. 2018 [cited 2021 Nov 21];15(1). Available from: https://doi.org/10.1186/s12970-018-0231-1
27.    Hall MM, Rajasekaran S, Thomsen TW, Peterson AR. Lactate: Friend or Foe [Internet]. Vol. 8, PM and R. John Wiley & Sons, Ltd; 2016 [cited 2021 Nov 16]. p. S8–15. Available from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1016/j.pmrj.2015.10.018
28.    Buchheit M, Laursen PB. High-intensity interval training, solutions to the programming puzzle: Part II: Anaerobic energy, neuromuscular load and practical applications. Vol. 43, Sports Medicine. 2013. p. 927–54.
29.    Christiansen D, Eibye K, Hostrup M, Bangsbo J. The effect of blood-flow-restricted interval training on lactate and H+ dynamics during dynamic exercise in man. Acta
    Physiol [Internet]. 2021 Mar 1 [cited 2021 Nov 21];231(3):e13580. Available from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/apha.13580
30.    Jones AM, Burnley M, Black MI, Poole DC, Vanhatalo A. The maximal metabolic steady state: redefining the ‘gold standard.’ Vol. 7, Physiological Reports. American Physiological Society; 2019.
31.    Jacques M, Landen S, Alvarez Romero J, Yan X, Garnham A, Hiam D, et al. Individual physiological and mitochondrial responses during 12 weeks of intensified exercise. Physiol Rep. 2021 Aug 1;9(15).
32.    Saraslanidis PJ, Manetzis CG, Tsalis GA, Zafeiridis AS, Mougios VG, Kellis SE. Biochemical evaluation of running workouts used in training for the 400-m sprint. J Strength Cond Res [Internet]. 2009 Nov [cited 2021 Nov 21];23(8):2266–71. Available from: https://journals.lww.com/nsca-jscr/Fulltext/2009/11000/Biochemical_Evaluation_of_Running_Workouts_Used_in.12.aspx
33.    Bundle MW, Weyand PG. Sprint exercise performance: Does metabolic power matter? Exerc Sport Sci Rev [Internet]. 2012 Jul [cited 2021 Nov 19];40(3):174–82. Available from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22732427/
34.    Santos JA, Affonso HO, Boullosa D, Pereira TMC, Fernandes RJ, Conceição F. Extreme blood lactate rising after very short efforts in top-level track and field male sprinters. Res Sport Med. 2021;
35.    Glancy B, Kane DA, Kavazis AN, Goodwin ML, Willis WT, Gladden LB. Mitochondrial lactate metabolism: history and implications for exercise and disease. J Physiol [Internet]. 2021 Feb 1 [cited 2021 Nov 14];599(3):863–88. Available from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1113/JP278930
36.    Moran P, Prichard JG, Ansley L, Howatson G. The influence of blood lactate sample site on exercise prescription. J Strength Cond Res [Internet]. 2012 Feb [cited 2021 Nov 22];26(2):563–7. Available from: https://www.researchgate.net/publication/221743391_The_Influence_of_Blood_Lactate_Sample_Site_on_Exercise_Prescription
37.    Goodwin ML, Harris JE, Hernández A, Gladden LB. Blood lactate measurements and analysis during exercise: A guide for clinicians [Internet]. Vol. 1, Journal of Diabetes Science and Technology. 2007 [cited 2021 Nov 22]. p. 558–69. Available from: http://www.journalofdst.org
38.    Bonaventura JM, Sharpe K, Knight E, Fuller KL, Tanner RK, Gore CJ. Reliability and accuracy of six hand-held blood lactate analysers. J Sport Sci Med [Internet]. 2014 [cited 2021 Nov 22];14(1):203–14. Available from: http://www.jssm.org
39.    Van Schuylenbergh R, Vanden Eynde B, Hespel P. Correlations between lactate and ventilatory thresholds and the maximal lactate steady state in elite cyclists. Int J Sports Med [Internet]. 2004 Aug 18 [cited 2021 Nov 22];25(6):403–8. Available from: http://www.thieme-connect.com/products/ejournals/html/10.1055/s-2004-819942
40.    Garcia-Tabar I, Rampinini E, Gorostiaga EM. Lactate Equivalent for Maximal Lactate Steady State Determination in Soccer. Res Q Exerc Sport [Internet]. 2019 [cited 2021 Nov 22];90(4):678–89. Available from: https://www.tandfonline.com/action/journalInformation?journalCode=urqe20