La β-alanina (o beta-alanina) è un β-aminoacido a tre atomi di carbonio (nome IUPAC acido 3-amminopropanoico). Si differenzia dall'α-alanina per la posizione del gruppo amminico.
La β-alanina è un amminoacido naturale, ma non si trova negli alimenti di per sé. Esso è componente di peptidi come la carnosina, anserina e balenine, presenti nelle carni e nel pesce. Il corpo può anche sintetizzare β-alanina dalla scissione dei nucleotidi. Inoltre, più di recente è possibile ottenere β-alanina in forma di integratore alimentare.
Funzione nello sport La β-alanina ha cominciato a essere utilizzata in ambito sportivo, soprattutto negli sport anaerobici, per migliorare le prestazioni fisiche. Il metabolismo anaerobico rappresenta il sistema energetico in cui l'energia ricavata dai muscoli avviene senza l'utilizzo di ossigeno. Il prodotto finale nel metabolismo anaerobico lattacido nei muscoli è l'acido lattico, e questo provoca una diminuzione del pH nel muscolo e nel sangue, ciò significa che il muscolo e il sangue diventano più acidi. Questo stato di acidosi viene effettivamente raggiunto quando viene a mancare la sinergia tra il metabolismo anaerobico e aerobico, e l'acido lattico risultante si accumula nei muscoli. L'acido lattico si dissocia in ioni idrogeno (H+) e lattato. È l'accumulo di H+ che causa la diminuzione del pH nella cellule muscolari. La misurazione del pH si riferisce appunto alla concentrazione di H+ all'interno di una soluzione. I valori del pH sono inversamente proporzionali al grado di acidità.
La β-alanina è un amminoacido naturalmente presente nel nostro corpo umano. La questione interessante riguardo a questo amminoacido nell'attività sportiva, è che quando esso viene combinato con un altro amminoacido, l'istidina, viene a formare un dipeptide conosciuto come carnosina. Questa sostanza è normalmente presente nei muscoli, e agisce principalmente come un buffer (una sostanza che ha un effetto tampone) per gestire le variazioni del pH. Negli ultimi anni, la ricerca ha mostrato ulteriori vantaggi della carnosina. Una questione interessante, è che proprio come accade per la creatina, è possibile "caricare" i muscoli di carnosina assumendo β-alanina, e trarre benefici ancora maggiori . Effetto tampone (buffer) Quando i livelli di acido lattico sono sufficientemente elevati da interferire con il metabolismo energetico e la contrazione delle fibre muscolari, ciò coincide con il cedimento muscolare e quindi con il termine di una serie. Questa sequenza di eventi è spesso erroneamente attribuita all'accumulo di lattato nel muscolo (inoltre viene erroneamente valutata la misurazione del lattato per stimare indirettamente livelli di pH nel sangue e nel muscolo, quando a dire il vero la misurazione del pH si riferisce alla concentrazione di H+ nel sangue e nel muscolo). Come sopra descritto, in realtà è l'accumulo di H+ a causare il temporaneo affaticamento muscolare e non l'accumulo di lattato, molecola che in realtà ha la funzione di tamponare l'acidità nelle cellule accettando H+ all'interno della sua struttura biochimicaRobergs et al. Biochemistry of exercise-induced metabolic acidosis. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2004 Sep;287(3):R502-16.Robergs RA. Exercise-Induced Metabolic Acidosis: Where do the Protons come from?. Sportscience, 2001, 5 (2). L'esercizio coi pesi (resistance training) è prevalentemente una forma di esercizio anaerobico. La β-alanina ha dimostrato di avere un effetto positivo sulla resistenza anaerobica attraverso la sua capacità di consentire un effetto "buffer", cioè un effetto tampone degli ioni idrogeno, e quindi ritardare l'insorgenza dell'acidosi lattica all'interno della cellula muscolare. È da notare che la supplementazione di β-alanina permette potenzialmente di eseguire più lavoro e più ripetizioni prima di raggiungere l'incapacità muscolare. Tuttavia, in realtà questo meccanismo è più complesso. L'azione della β-alanina è in realtà indiretta, agendo attraverso un substrato noto come carnosina. La carnosina è un dipeptide (molecola composta da 2 amminoacidi) naturale sintetizzato dagli aminoacidi β-alanina e istidina. Dopo l'ingestione di β-alanina, essa viene convertita nel corpo in carnosina, ed è in realtà la carnosina la molecola responsabile dell'effetto tampone degli ioni idrogeno (H+).
La carnosina si trova sia nelle fibre muscolari di tipo I sia di tipo II, ma è presente in concentrazioni molto più elevate nelle fibre di tipo II, cioè le più utilizzate negli allenamenti coi pesi ad alta intensità, nonché le più sensibili alla crescita muscolareHarris et al. Carnosine and taurine contents in individual fibres of human vastus alteralis muscle. J Sports Sci 16:639-643. 1998.. È quindi anche il tipo di fibra più dipendente dal metabolismo anaerobico e pertanto deve avere una maggiore resistenza alle variazioni di pH. In effetti, in passato la carnosina è stata usata come supplemento sportivo dagli atleti, ma come integratore non riuscì a prendere piede soprattutto perché in realtà la sua efficacia era minima. Il supplemento di carnosina è in realtà meno efficiente nel aumentare le concentrazioni di carnosina a causa del fatto che il corpo rompe la molecola in β-alanina e istidina prima di ri-sintetizzare questi due aminoacidi come carnosina. La carnosina è stata infatti identificata per la prima volta nel 1900, mentre nel 1938 venne descritto il suo ruolo di tampone muscolare. La maggior parte delle recenti ricerche ha utilizzato la supplementazione di β-alanina per aumentare le riserve muscolari di carnosina. Kendrick et al. (2009) esaminarono i livelli di carnosina nelle fibre muscolari dopo la supplementazione di β-alanina. Essi trovarono che la supplementazione di β-alanina favoriva un significativo aumento di carnosina nelle fibre muscolari, sia di tipo I sia di tipo IIKendrick et al. The effect of 4 weeks beta-alanine supplementation and isokinetic training on carnosine concentrations in type I and II human skeletal muscle fibres. Eur J Appl Physiol. 2009 May;106(1):131-8.. I ricercatori dimostrarono che con l'integrazione di β-alanina per sole 4 settimane, la concentrazione di carnosina aumenta di circa il 40-60%Hill et al. Influence of beta-alanine supplementation on skeletal muscle carnosine concentrations and high intensity cycling capacity. Amino Acids. 2007 Feb;32(2):225-33.Harris et al. The absorption of orally supplied beta-alanine and its effect on muscle carnosine synthesis in human vastus lateralis. Amino Acids. 2006 May;30(3):279-89.. L'integrazione con β-alanina per 10-12 settimane ha mostrato un aumento delle concentrazioni di carnosina fino all'80%. Si tratta effettivamente di un enorme aumento di un importante buffer intracellulare.
Crescita muscolare L'effetto tampone della beta-alanina può far pensare a un effetto favorevole solo sulla prestazione di endurance o resistenza muscolare durante l'esercizio coi pesi, ma in realtà ha un potenziale effetto anche sull'aumento della crescita muscolare e della forza. Mentre è intuitivo che l'affaticamento muscolare e il cedimento muscolare sono una conseguenza della limitata presenza di ATP (la molecola energetica), in realtà è possibile esaurire le riserve di ATP al massimo del 20%Green HJ. Mechanisms of muscle fatigue in intense exercise. J Sports Sci. 1997 Jun;15(3):247-56.. In realtà è un l'accumulo di scorie metaboliche, principalmente rappresentate dagli ioni idrogeno (H+), il fattore limitante della contrazione muscolare.
Ciò è particolarmente valido per le fibre di tipo 2 o rapide, che sono più suscettibili alla presenza degli ioni idrogeno e quindi altamente sensibili all'affaticamento. Se si riesce a tamponare l'accumulo di H+, si può mantenere la forza muscolare per un tempo più lungo prima di accusare l'affaticamento. Questa capacità di mantenere di più a lungo il lavoro nel tempo è stato dimostrato sia correlata direttamente con i livelli di carnosina muscolareHarris et al. Effect of Combined ß-alanine and creatine monohydrate supplementation on exercise performance. Medicine & Science in Sports & Exercise. 35(5) Supplement 1:S218, May 2003.Suzuki et al. High level of skeletal muscle carnosine contributes to the latter half of exercise performance during 30-s maximal cycle ergometer sprinting. Jpn J Physiol. 2002 Apr;52(2):199-205.. Per quanto riguarda l'allenamento, la capacità di aumentare lo sforzo indica un maggiore stimolo per l'adattamento per la forza e per la crescita muscolare. Ciò è particolarmente valido per le fibre di tipo 2, più rapidamente affaticabili, perché sono quelle con la maggiore capacità di stoccaggio di carnosinaHarris et al. The distribution of Carnosine in different muscle fibre types with beta alanine supplementation. FASEB J. 19(5) II 665.36 2005.
Recupero neurale La β-alanina ha anche un potenziale effetto nel migliorare il recupero neurale e endrocrino. Questo singolo effetto su più fronti è abbastanza significativo considerando quanto sia difficile promuovere realmente il recupero, soprattutto con un supplemento ergogenico. Il sistema nervoso è il primo apparato a essere stimolato e l'ultimo a recuperare. Oltre al semplice riposo, esistono alcuni modi di accelerare il recupero neurale. Una teoria sostiene che il beneficio dell'uso di β-alanina per il recupero neurale sia l'effetto protettivo che conferisce su quella che viene chiamata pompa di sodio. In termini semplici, questa è una "pompa" molecolare che è responsabile della trasmissione di ogni segnale che percorre le cellule nervose. Questo include tutto, dalla lettura alla contrazione muscolare durante uno sforzo. Purtroppo, la pompa sodio è piuttosto sensibile al danno ossidativoFowles et al. Human neuromuscular fatigue is associated with altered Na+-K+-ATPase activity following isometric exercise. J Appl Physiol. 2002 Apr;92(4):1585-93., e si crede che questo danno peggiori la prestazione. In questo contesto, la β-alanina si converte in una sostanza nota come carnosina, che protegge la pompa dal danno ossidativoBoldyrev et al. Protection of neuronal cells against reactive oxygen species by carnosine and related compounds. Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol. 2004 Jan;137(1):81-8.. Attraverso questo effetto profilattico, la β-alanina può attenuare uno stress superfluo sulle cellule nervose, quindi in ultima analisi, aumentare il tasso di recupero. Inoltre la carnosina ha anche la capacità di stimolare l'attività della pompa sodio, che ha ulteriori implicazioni per migliorare le prestazioniBoldyrev et al. Biochemical and physiological evidence that carnosine is an endogenous neuroprotector against free radicals. Cell Mol Neurobiol. 1997 Apr;17(2):259-71.. Recupero generale ed endocrino