Aus der IV. Medizinischen Universit~tsklinik, Berlin. St~dt. Robert Koch-Kranken- haus. (Leiter: Prof. Dr. Dennig . )

Steigerung k~rperlicher Arbeit durch kiinstliche Alkalose.

Von

Prof. H. Dennig, Dr. H. Becker-Freyseng, Dr. E.. Krause und cand. reed. W. Albath.

(E,ingegangen am 2. Jul~ 1937.)

Vor mehreren Jahren batten wir Untersuchungen dartiber angestellt, ob durch ktinstliche Eingriffe in den Sgurebase~haushalt die k5rperliche Leistungsfi~higkeit geiindert werde. Wir fanden zungehst, dal3 die M5glich- keit, eine Sauerstoffsclmld aufzunehmen, in Azidose vermindert und in Alkalose vergrSftert ist 1. Weiterhin zeigten Dennig , Pe t e r s und S c h n e i k e r t 2, daft in ktinstlicher Azidose, die durch Einnehmen von Ammoniumehlorid erzielt wurde, die Leistungen sich verschlechterten, wiihrend umgekehrt in kiinstlieher Alkalose eine grofte Leistungssteigerung tiber die Norm hinaus erzielt werden konnte. Es lag nahe, diese Beob- aehtung dadurch zu erkl~ren, daft die im Arbeitsstoffwechsel entstehenden S~uren, wie Milehsgure und Kohlensgure, durch den vorher gesehaffenen Basen/ibersehuft neutralisiert werden, und daft dadurcJa Ermtidung, Er- seh5pfung und Muskelkater vermindert und verspiitet auftreten. Aber es sehien uns doeh wiehtig, weitere Einzelheiten ftir die theoretisehe und pral~tisehe Auswertung zu erfahren. Daher lmben wir im Folgenden weitere Versuche angestellt.

Einmal sehien es wiinsehenswert, an neuen Versuehspersonen die giinstige Wirkung ~on Alkalose zu beweisen. Dann war zu zeigen, daft aufter dem Dauerlauf auch andere Arbeit beeinflugt wurde; wir unter- suehten daher aueh alas Radfahren. Weiterhin war festzustellen, ob ver- schiedene alkalotisch wirkende Salze gleichartig einwirkten. Das war aueh deshalb yon Bedeutung, weft Natriumbiearbonat, das wit in den ersten Versuehen verwendet batten, in groften Mengen leicht Durehfall erzeugt. Endlich war die Rolle des Wasserhaushalts zu untersuehen: Unter Natriumbiearbonat wird Wasser retiniert und bei Arbeit kann dann mehr Sehweift erzeugt werden. Wir batten friiher often gelassen, ob dadurch eine bessere Temperaturregelung erm6glicht wiirde und so ein Tell der Leistungssteigerung zu erkl~ren sei.

1 Dennig, Talbott, Edwards u. Dill: J. Of clinic. Investigation Ix, Nr. 4~ (1931). -- ~ Naunyn-Schmiedebergs Arch. 165, 161 (1932).

612 H. DENN]G, t]. BRCKER-FR]~YSENG, E. KRAUSE und W. ALBATH:

Wir untersuchten an zwei gesunden Personen. Die erste, H . B . , ha t te dieselben Bedingungen, wie die yon D e n n i g , P e t e r s und S c h n e i k e r t mitgeteilten: Die Arbeit bestand in Dauerlauf auf einem laufenden Band, das mit konstanter Geschwindigkeit yon einem Elektro- motor getrieben wurde. Der Dauerlauf wurde morgens niichtern aus- gefiihrt und bis zur ErschSpfung durchgehalten. Es wurden taglich be- s t immt: KSrpergewicht vor und nach der Arbeit, VentilationsgrSBe, O2-Verbrauch und C02-Abgabe in Ruhe vor der Arbeit, laufend w~hrend der Arbeit und eine Stunde lang i n AnsehluB an die Arbeit. Zur Erzielung der Alkalose wurde ein Gemiseh yon Natr ium bicarbonicum und Natr ium eitricum genommen, nachdem von D e n n i g , G o t t s c h a l k und T e u t - s c h e r a festgestellt war, dab das zitronensaure Natr ium mindestens ebenso stark alkalisierend wirkt wie das Bicarbonat. Es wurden in drei Perioden je 3 Tage lang ti~glich 20,0 Natr ium biearbonicum § 30,0 Natr ium citricum eingenommen, in drei Teilen nach den Mahlzeiten. Ein ungef~hres MaB fiir den Grad der Alkalose ergab die Bestimmung der alveolaren Kohlens~ure- spannung. Der Dauerlauf wurde an 47 Tagen ausgefiihrt, darunter sind drei Alkaloseperioden yon je 3 Tagen.

Die beiden ersten Alkaloseperioden wurden w~hrend des Trainings vorgenommen, die dritte erst, nachdem dureh vierwSchiges Uben eine Konstanz der Leistung eingetreten war.

Tabelle 1.

II II[ [ IV VI VII

Datum

23. V, 25. V. 26. V. 28. V. 31. V. 27. VI, 28. VI. 3. VII. 8. VII. 9. VII.

10. VII. 11. VII. 12. VII. 13. VII.

Yersuchsbedingungen

normal

Alkalose normal

7'

tive Azidose I

gelaufen

bis zur Ersch6pfung

nicht bis zur Ersch6pfung

bis zur Ersch6pfung

Alv. I CO 2- I Lauf- Span- I dauer hung mm Hg Min.

KOrper- gewicht vor der Arbeit

kg

( ] e - wichts- verhtst

w~hrend d. Arbeit

g i

- - 9' 38" 13 8 12 54 2 1 0

39,,3 12 54 16 30 39,9 19 45 40,0 21 0 40,1 23 0 42,2 20 0 43,3 20 0

34,1 23 38,0 30

65,6 65,6 65,7 65,9 67,0 67,1 67,0 66,1 66,4

450 300 250 180 800 300 100 300

B e - merkungen

Trai- nings- beginu

nach 4Wochen Training

Naunyn-Schmiedebergs Arch. 174 468 (1934).

Steigerung kOrloerlicher Arbeit durch ktinstliche Alkalose. 513

Die Tabelle 1 gibt einen Teil der Ergebnisse wieder a. Aus dem Stab IV ist ersiehtlich, wie die L a u f d a u e r in der Alkalose au~erordentlich gesteigert ist: w~hrend des Trainings von etwa 13 Minuten auf 21 Minuten; spiiter nach vierw5chigem Training ist die Laufdauer von normalerweise 20 Minuten auf 42 Minuten, d.h. fiber 100 %, gestiegen! Wir linden also bei dem Gemisch yon Natrium citricum und bicarbonicum dieselbe enorme Leistungssteigerung, wie sie yon Dennig , P e t e r s und S c h n e i k e r t mit Natrium bicarbonicum allein beschrieben worden ist.

Der W a s s e r h a u s h a l t ist in Stab V und VI dutch das KOrpergewicht gekennzeiehnet. Wit sehen, wie dureh das Einnehmen der Natriumsalze Wasser retiniert wird und das KSrpergewicht um ] kg zunimmt. Der Gewichtsverlust w~hrend des Dauerlaufs entsprieht ungef~hr dem Wasser- verlust; er weehselt sehr stark, geht abet deutlich nieht parallel mit der Leistung, denn am 28.6. war bei normaler Leistung Bin Gewiehtsverlust yon 450 g zu verzeichnen, w~hrend am 11.7., dem Tage der h5chsten Leistung in Alkalose, nur 300 g Gewicht verlorengingen.

Das A t e m v o l u m e n ist in Alkalose sowohl im Ruhezustand wie bei der Arbeit vermindert: in der Ruhe betr~gt das Volumen normalerweise durchsehnittlich 5,4 Liter in der Minute, in Alkalose 4,3 Liter. Das Arbeits- atemvolumen in Alkalose ist um etwa 10 % niedriger. Die Zahl der Atem- ziige iinderte sieh kaum in Alkalose, es wird also nur der einzelne Atemzug flaeher. Der S a u e r s t o f f v e r b r a u e h hielt sieh in Alkalose an der unteren Grenze der Normalversuehe. Wenn also bei ann~hernd gleiehem S~uer- stoffverbrauch das Atemvolumen erheblieh herabgese~zt ist, so wird offensichtlich die eingeatmete Luft besonders gut ausgenutzt. Auf diese Weise wird Arbeit eingespart, die 5konomische Atmung tr~gt sieherlich mi t bei zur Leistungssteigerung der Alkalose.

Stab III der Tabelle 1 zeigt, wie bei der dreit~gigen Einnahme der Alkalipulver die a lveo la re K o h l e n s ~ u r e s p a n n u n g yon 39--40mm auf etwa 43 mm ansteigt. Nach plOtzlichem Absetzen der Alkaligaben f~llt sie abet in den beiden n~chsten Tagen (am 12. und 13.7.) sehr rasch unter den Ausgangswert ab auf 34,1 und 38,0 ram. Das zeigt an, dal~ eine reaktive Azidose vorliegt. Die umgekehrte Erscheinung ist bekannt und genau analysiert: Im Ansehlu[~ an eine durch Einnehmen yon Am- moniumchlorid hervorgerufene Azidose tritt naeh Weglassen des Am- moniumchlorids eine deutliehe reaktive Alkalose auf. Sie ist dadurch zu erkl~ren, dal~ der K5rper auf den S~urereiz hin als wiehtigste Gegen- regulation Ammoniak start neutralem Harnstoff bildet und mit dem Harn ausscheidet. Diese Ammoniakbildung kommt abet nut langsam in Gang und h~lt nach AufhSren des Reizes noch eine Zeitlang an 5. Wenn wir aueh keine Analysen haben, so kann kaum Bin Zweifel dariiber herrschen, dab

4 Ausftihrliche Darstellung in der Dissertation yon H. Becker, Berli~l 1936. _ _ 5 Dennig, Dill u. Talbott: Naunyn-Schmiedebergs Arch. 144, 297 (1929).

614 H. DENNIG, It. BECKE~-F~EYSE~G, E. KRAUSE und W. ALBATn:

unsere reaktive Azidose, die im Anschlu~ an die Alkalose auftritt, genau die entsprechende Ursache hat i In der Alkalose wird die Ammoniakbildung zuriickgedr~ngt und setzt nach Absetzen der Alkalieinnahme erst langsam wieder ein. Diese reaktive Azidose ist deshalb yon erheblicher Bedeutung, well ja in Azidose eine Minderung der Leistung zu erwarten ist. Tat- si~chlich ist auch bei H. B. und bei anderen Versuchspersonen h~ufig am 1. oder 2. Tag naeh Absetzen der Alkaligaben die ErschSpfung friiher ein- getreten, ebenso wie dies von Dennig , P e t e r s und S e h n e i k e r t bei der kiinstlichen, mit Ammoniumchlorid hervorgerufenen Azidose gezeigt wurde. Die reaktive Azidose ist um so starker, je l~nger die vorhergehende Alkalose bestanden hatte. Man wird auf diese Erscheinung bei der prakti- sehen Anwendung der kiinstlichen Alkalose besonders achten mfissen und die Alkaligaben nur langsam absetzen.

Die zweite Versuchsperson, W.A., arbeitete auf einem Fahrrad- ergometer. Durch Vorschalten eines elektrischen Widerstandes ~md (lurch Einhalten eines Tempos, das yon einem Metronom angegeben wurde, konnte die Arbeit t~iglieh unter den gleichen Bedingungen ge- leistet werden. Den eigent]ichen Yersuchen ging ein sechswSchiges Trai- ning voraus.

Wit wollten bier den Wasserhaushalt umgekehrt beeinflussen. Start Natriumsalzen, die eine Wasserretention bewirken, gaben wit deshalb K a l i u m s a l z e, die bekanntlich Diurese machen und den KSrper an Wasser verarmen lassen. Zwischen die Normalversuche wurden mehrere 2--3t~gige Alkaloseperioden' eingesehoben, in denen Kaliumcitrat oder sin Gemisch yon Kaliumcitrat und Kaliumbiearbonat in Mengen yon 20--40 g tfiglich eingenommen wurde. Die Alkalose war auch bier deutlich: Die alveo.lare Kohlensi~urespannung stieg yon d~ehsehnittlieh 41,8 mm der Norm auf durchschnittlieh 43,4 an.

Da p s y c h i s c h e F a k t o r e n die Arbeit stark beeinflussen kSnnen, suehten wit ihren EinfluI~ festzustellen und auszuschliel~en. So wurde dieser Versuchsperson wie aueh der vorhergehenden w~hrend der Arbeit die Zeit geheimgehalten. Ebenso erfuhr sie w~hrend der ganzen Periode nichts yon den Versuchsbedingungen und Ergebnissen. Neben den Kalium- salzen gaben wit an 15 Tagen ein wirkungsloses T~uschungspulver, das nur Zucker enthielt, und an zwei Tagen sogar - - ohne dal] die Versuchsperson es ahnte -- zum Gegenversueh das azidotisch wirkende Ammoniumehlorid (1. Tag 30 g, 2. Tag 15 g), das ja, wie gesagt, die Leistung vermindert. Die drei versehieden wirkenden Pulver waren dutch Geruchs- und Ge- sehmackskorrigentien so getarnt, dal] sie ~ul]erlieh nicht voneinander unterschieden werden konnten. Sie wurden in Oblaten naeh den drei ttauptmahlzeiten eingenommen.

Wit zeigen in Tabelle 2 einen Teil der Versuehe:

Steigerung kSrperlicher Arbeit durch ktinstliche Alkalose. 615

Tabello 2.

Datum

29. VIII. 30. VIII. 31. VIII. 2. IX. 3. IX. {

4. IX. { 5. IX. 7. IX.

Versuehsbedingungen

normal

Alkalose nach 20 Kal. bic. + 20 Kal. citr.

Alkalose naeh 10 Kal. bic. + 10 Kal. eitr.

normal

Fahrdauer

~r 7i,

10 45 13 15 11 45 17 45

18 40 10

1 45

Alveol. C02-Span-

hung

m m H g

40,4 40,2 39,3 41,18 44,14

44,44 43,2 41,4

Gewicht vor der Arbeit

kg

72,6 72,8 731 72,0 71,3

71,8 72,2 71,8

Oewichts - ver lust

wf~hrend der Arbei t

g

3OO 200 400 150 350

400 200 200

s ta r t weiterer Einzelwerte geben wir noch die Mittelwerte der Arbeits- dauer aus vielen Versuchen wieder. Die Ersch5pfung erfolgte

in 35 Versuchen in normalem Zustand nach . . . . . . 10' 54" in 17 Versuchen mit T~uschungspulvern nach . . . . . 11 30 in 9 Versuchen in KMiumMkMose nach . . . . . . . . ]5 54 in 2 Versuchen in AmmoniumcMoridazidose n a c h . 4 30

Das heiBt, wir finden bei dieser zweiten Versuchsperson wiederum eine gro~e Arbeitssteigerung in Alkalose unter geii.nderten Bedingungen: s tat t Dauerlauf diesmal Radfahren, und stat t NatriumsMzen jetzt KaliumsMze. Die Wasserretention und -~bgabe spielt offensichtlich keine Rolle, Mlein die AlkMose ist mal3gebend. Wie zu erwarten war, hat auch die psychische Einwirkung (Erwartung einer Leistungssteigerung) eine leichte Steigerung gebracht, abet sie ist nut ganz gering. Endlich sehen wit noch einmal be- st~tigt, dal~ Azidose umgekehrt wie Alkalose die Leistung vermindert.

Bei einigen weiteren Personen haben wit in den verschiedensten Variationen der Versuchsbedingungen ganz ~hnliche Ergebnisse gesehen; es sollen abet nicht Mle Einzelheiten wiedergegeben werden, da sie niehts anderes gezeigt haben. Wir haben sichergestellt, dal~ es weder auf die Art der Anionen noch auf die der Kationen ankommt, sondern dal~ Mlein die Atkalose fiir die Leistungssteigerung maBgebend ist. Da nun alle die an- gewandten Salze in grol?er Menge gewisse Nebenwirkungen auf den Darm, die Muskulatur, den Wasserhaushalt und das Allgemeinbefinden haben, ist es am besten, eine Misehung der versehiedenen Salze vorzunehmen. Fiir die praktisehe Anwendung haben wir am besten folgende Mischung gefunden: Natr. citric. 15,0, Natr. biearbon. 10,5, Kal. citric. 4,5. Wenn diese Menge in 24 Stunden, am besten in mindestens 3 Teile geteilt und in Oblaten oder mit Gesehmaekskorrigentien eingenommen wird, so wird eine fiir unsere Zweeke gentigende Alkalose erreieht und es t reten kaum je unangenehme Nebenerseheinungen auf. Allerdings ft[hrt diese Alkalose in die Niihe der Tetanie, es treten leieht Pariisthesien und gelegentlieh das

616 It. DEI~:NIO, H. BECKER-FREYSE:NG, E. KRAUSE Und W. ALBATH.

Chvosteksche Zeichen auf, abet schwerere Symptome haben wir nicht beobachtet. Diese Tetaniebereitschaft ist auch ohne kiinstliche Alkalose bei hSchsttrainierten Sportsmenschen beobachtet worden (Schenk), die ja iiberhaupt in ihrem Siiurebasenhaushalt von selbst sich irgendwie nach der alkalotischen Seite hin einstellen 6.

Z u s a m m e n f a s s u n g .

Es wird gezeigt, dal~ bei gewissen Formen kSrperlicher Arbeit (Dauer- lauf, Radfahren zwischen 10 Minuten und 1 Stunde) dutch eine starke, kurzfristige Alkalose die mit organischen Natrium- oder Kaliumsalzen bewirkt ~ird, die ErschSpfung stark hinausgeschoben werden kann. Beob- achtungen fiber Wasserhaushalt, Atmung, Stoffwechsel und S~urebasen- haushalt wurden dabei angeschlossen.

Der Deutschen Forschungsgemeinschaft danken wit fiir die bei dieser Untersuchung gew~hrte Hilfe.

6 Herxheimer: Z. klin. Med. 98, 488 (1924); Walinski: VerSffentlichungen aus dem Gebiet des Heeressanit~itswesens 73, 37.