Laktat (Milchsäure) – nicht nur ein energiereicher Metabolit

Begegnet sind uns die Begriffe Laktat und Milchsäure wahrscheinlich schon in verschiedenen Zusammenhängen wie z. B. als Milchsäurebakterien, bei der milchsauren Vergärung, als rechtsdrehende und linksdrehende Milchsäure, bei der Laktat-Messung im Leistungssport oder auch in Form der Laktatazidose bei Übersäuerung. Im Folgenden beleuchten wir jedoch die Rolle von Laktat als Energieträger und wichtigen Metabolit im Zucker- sowie Energiestoffwechsel.

Definition und Hintergrund

Milchsäure (Laktat)

Milchsäure ist eine Monocarbonsäure und liegt bei einem pH-Wert von 3,86 zur Hälfte als Milchsäure und zur Hälfte als das Salz der Milchsäure (Laktat) vor. Somit ist klar, dass in unserem Körper unter physiologischen Bedingungen fast nur Laktat vorliegt. Es handelt sich dabei um eine energiereiche Verbindung und damit um einen wertvollen Metabolit für uns. Es gibt eine D- und L-Form, die eine unterschiedliche Drehung des polarisierten Lichtes bewirken: Die D-(−)-Milchsäure wird als linksdrehende Milchsäure, die L-(+)-Milchsäure als rechtsdrehende Milchsäure bezeichnet.

Milchsäure-Bakterien

Die Gruppe der Milchsäurebakterien ist sehr vielfältig. Verschiedene Stämme bilden L-Laktat, D-Laktat oder ein Gemisch davon. In der Lebensmittelindustrie werden überwiegend die L-Laktat-bildenden Stämme eingesetzt. Aufgrund unseres komplexen Mikrobioms setzen wir uns schon lange mit beiden Formen auseinander, da beide Laktatformen im Dickdarm gebildet und verstoffwechselt werden können.

Rolle in der Ernährung

Schon über Tausende von Jahren nutzen wir Menschen die milchsaure Vergärung oder Fermentation als Prozess mit Hilfe von Milchsäurebakterien und Hefen, um bestimmte Lebensmittel wie Milch- oder Getreideprodukte länger haltbar und leichter verdaulich zu machen.

Bei einer Fermentation werden im Lebensmittel enthaltene Zucker von Bakterien, Hefen und Pilzen verstoffwechselt. Das senkt den Zuckergehalt auf natürliche Art und Weise und wertet das Lebensmittel zusätzlich durch neu entstandene wertvolle Inhaltsstoffe auf. Beispielsweise werden kurzkettige Säuren wie Essigsäure (Acetat), Propionsäure (Propionat) und Milchsäure (Laktat) gebildet .

Überblick: Vorteile der Fermentation

  • längere Haltbarkeit durch die Ansäuerung (traditionelle Konservierungsmethode)
  • leichter verdauliche Eiweiße
  • weniger oder abgeschwächte Unverträglichkeiten (Laktose, Milch- und Sojaeiweiß)
  • geringerer Zuckergehalt oder weniger Oligosaccharide, die Blähungen verursachen können (siehe Bohnen oder Kichererbsen)
  • weniger anti-nutritive Stoffe (z. B. Phytin)
  • Bildung zusätzlicher Stoffe wie Vitamine (z. B. B-Vitamine)
  • Stabilisierung des sauren Dickdarmmilieus und des natürlichen Mikrobioms [Pet 2019]
  • Immunstimulation durch die Oberflächen-Antigene der noch intakten oder abgestorbenen Mikroorganismen

Vielfalt der Lebensmittel

Die Vielfalt der milchsauren Lebensmittel ist heute vielen gar nicht mehr so bewusst, da wir im modernen Leben meist vom Herstellungsprozess stark entkoppelt sind. Fermentierte Lebensmittel – insbesondere Getränke – weisen verschiedene Mischungen der Bakterien- und/oder Hefe-Stämme auf und enthalten damit verschiedene Geschmacks- sowie Inhaltsstoffe. Deshalb profitieren wir insbesondere durch einen abwechselnden Verzehr solcher Lebensmittel.

Milchprodukte

  • Sauermilch (in diesem Lebensmittel wurden die Milchsäurebakterien 1780 erstmals entdeckt)
  • Sauerrahmbutter
  • Joghurt, Quark, Käse
  • Kefir
  • Buttermilch

Getreideprodukte

  • Sauerteigbrot
  • Sauerteigknäckebrot

Sojaprodukte

  • Miso
  • Sojasoße
  • Tempeh (traditionelles Fermentationsprodukt aus Indonesien)
  • Tamari (glutenfreie Sojasoße)

Gemüse

  • Kimchi (traditionelles koreanisches Fermentationsprodukt aus Weißkohl oder Rettich)
  • weitere milchsaure Gemüse (Sauerkraut, Möhren, Rote Bete etc.)

Früchte

  • Oliven

Reisprodukte

  • Koji (vom Koji-Schimmelpilz „Koji-kin Kultur“ fermentierter Reis)

Fischprodukte

  • Garum (fermentierte Würzsoße)

Fleischprodukte

  • Salami
  • Rohwürste

Getränke

  • Kombucha-Tee
  • Kwas(s)

Aspekte des Stoffwechsels

Bildung im Körper

Im Körper gibt es im Wesentlichen zwei Prozesse, bei denen Laktat endogen entsteht.

Temporäre anaerobe Glykolyse in Muskelzellen

Hier wird aus gespeichertem Glykogen oder Blutzucker bei einer hohen Muskelarbeit und begrenztem Sauerstoffangebot Laktat gebildet und via Transporter (sogenannte MCT-Transporter) in die Umgebung bzw. in die Blutzirkulation abgegeben. Übrigens: Das so gebildete Laktat ist nicht die Ursache von Muskelkater. Denn dieser beruht auf Mikroverletzungen in den Muskelfilamenten.

Bildung in Erythrozyten (roten Blutzellen)

Erythrozyten machen generell aus Glukose Laktat. Dieses wird ebenfalls via MCT-Transporter direkt ins Blut abgegeben und an anderer Stelle im Körper als Energiesubstrat genutzt.

Aufnahme und Transport

Erythrozyten und viele andere Zelltypen haben sogenannte Mono-Carboxylat-Transporter (MCT), die die Diffusion durch die Membran erleichtern. Somit kann z. B. das in den Erythrozyten gebildete Laktat die Zelle verlassen und über den Blutstrom an andere Organe und Gewebe gelangen.

Die roten Blutzellen können umgekehrt auch Laktat aufnehmen und selbst als Transport-Vehikel dienen, um bei hoher Muskelarbeit und Sauerstoff-Limitierung das anfallende Laktat an anderer Stelle wieder freizusetzen. Das ist ein toller Mechanismus, um dieses energiereiche Substrat optimal zu nutzen. So kann Laktat von gut mit Sauerstoff versorgten Organen wir Herz und Gehirn als Energiequelle genutzt werden.

Möglich ist auch der Umbau von Laktat zur kurzkettigen Fettsäure Butyrat durch das Mikrobiom im Dickdarm. Butyrat ist ebenso das Endprodukt beim Abbau von bestimmten Ballaststoffen und wird überwiegend direkt von der Darmschleimhaut als Energiesubstrat verwertet. Es hat außerdem eine protektive Wirkung bezüglich Darmkrebs.

Da die Aufnahme und Abgabe via MCT-Transporter jeweils im Symport mit einem Proton (H+) verläuft, gibt es netto keine Ansäuerung durch Laktat im Organismus. Dafür sorgen auch unsere sehr effektiven Puffersysteme. Eine Ausnahme sind Krebszellen, die in großer Menge Zucker vergären. Hier kann es lokal im umgebenden Gewebe zu einer Anhäufung von Milchsäure geben, die dann durch die Säurewirkung Gewebe schädigen kann.

Funktionen und regulatorische Rolle

Laktat als Metabolit für den Energiestoffwechsel

Dabei wird Laktat zunächst via Laktat-Dehydrogenase (LDH) zu Pyruvat oxidiert. Dieses wird zu Acetyl-CoA umgebaut, was quasi die Zufuhrquelle des Zitratzyklus oder Krebszyklus ist. In mehreren Teilschritten findet mit Sauerstoff in den Mitochondrien die „Endoxidation“ statt. Dabei entsteht Kohlendioxid und Wasser sowie – das Wichtigste – biologische Energie in Form von ATP. Diese Verwertung von Laktat ist im Prinzip in allen Zellen möglich, die Mitochondrien enthalten und ausreichend mit Sauerstoff versorgt sind. Das gilt für Organe wie Herz, Leber und auch das Gehirn.

Laktat als Metabolit für stabile Blutzuckerspiegel

Die Leber nutzt Laktat auf verschiedene Weise. Bei Energiemangel wird Laktat in den Mitochondrien oxidiert. Ist der Blutzuckerspiegel niedrig und sind die Glykogenspeicher leer, dient Laktat als Substrat der Glukoneogenese (Blutzuckerneubildung). Die so gebildete Glukose wird in den Blutkreislauf abgegeben oder in Form von Glykogen als Reservestoff gespeichert.

Regulatorische Funktion

Laktat besitzt zudem eine regulatorische Funktion und wirkt auf die Immuntoleranz, die Wundheilung oder auch die Sättigung. Laktat bindet an spezifische Rezeptoren und löst verschiedene Signalwege in den Zellen aus [Sun 2017].

Blick über den Tellerrand

Laktat bzw. Milchsäure spielt darüber hinaus noch in anderen Bereichen eine Rolle.

Kunststoff

Polymilchsäuren sind aus vielen, chemisch aneinander gebundenen Milchsäuremolekülen aufgebaut und werden als Biokunststoff genutzt.

Lebensmittel-Herstellung

Die sogenannte Malo-Laktat-Gärung vermindert durch die Abspaltung von Kohlendioxid den Säuregehalt in alkoholischen Getränken (z. B. Wein, Cidre, Bier). Beim dem biologischen Säureabbau wird Äpfelsäure (Malat) so zu Milchsäure (Laktat) abgebaut.

Labordiagnostik

Im Leistungssport dient die Bestimmung der Laktatspiegel im Vollblut beispielsweise der Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit oder der Überwachung der Leistungsentwicklung. Zudem dient Laktat in der Diagnostik der Abklärung einer Laktatazidose (Stoffwechselentgleisung).