Der saure Ruf von Laktat ist größtenteils dafür verantwortlich, dass der glykolytische Weg falsch verstanden wird
Sauermilch, in der Milchsäure (Laktat) zum ersten Mal entdeckt wurde, gibt den Ton an für das, was jahrelang das negative Markenzeichen dieses Monocarboxylats wurde. Sobald es in arbeitenden Muskeln gefunden wurde, wurde Laktat sofort für Muskelermüdung und -starre verantwortlich gemacht. Bereits 1898 wies Fletcher nach, dass die von ihm verwendete Milchsäure (0,05-5,0 %) in einem exzidierten Frosch-Gastrocnemiusmuskel, der in sie getaucht wurde, eine Totenstarre hervorrief. Je höher die Milchsäurekonzentration, desto schneller setzt die Totenstarre ein. Darüber hinaus haben Fletcher und Hopkins gezeigt, dass in Gegenwart von Sauerstoff das Überleben des exzidierten Muskels verlängert und der Abbau von Laktat beschleunigt wurde. Diese Forscher unterstrichen die Erkenntnis, dass der Körper über Mittel verfügt, um Laktat aus dem Muskel abzubauen, und dass es zahlreiche Hinweise darauf gibt, dass dieser Abbau unter oxidativen Bedingungen am effizientesten ist. Das Dogma, dass Laktat ein Muskelprodukt ist, das für Ermüdung und Steifheit verantwortlich ist, und dass aerobe Bedingungen den Abbau von Laktat fördern, war also schon zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts unter Wissenschaftlern fest verankert. Jahrhunderts in der Wissenschaft fest verankert und ist es auch heute noch bei Sportlern und ihren Trainern. Hill ging sogar noch weiter als Fletcher, indem er vorschlug, dass der Sauerstoff bei der Muskelkontraktion eine doppelte Rolle spielt, nämlich die Dauer der Wärmeproduktion zu verkürzen und Laktat aus dem Muskel zu entfernen. Hill und schließlich die Mehrheit der auf diesem Forschungsgebiet tätigen Wissenschaftler vertraten die Auffassung, dass Laktat kein Brennstoff ist. Hill argumentierte, dass die gemessene Wärmeproduktion bei der Oxidation von Laktat viel niedriger sei als der berechnete Wert seiner vollständigen Verbrennung. Es ist etwas verwunderlich, dass ein Wissenschaftler vom Format eines Hill behauptet, dass, wenn Laktat ein Brennstoff wäre, die gesamte Energie seiner Oxidation als Wärme freigesetzt werden würde. Die Tatsache, dass die gemessene Wärme der Laktatoxidation nur 12 % der berechneten Wärmeproduktion ausmachte, hätte ihm und anderen zeigen müssen, dass der Großteil der bei der Laktatoxidation freigesetzten Energie, nämlich 88 %, in eine andere Energieform umgewandelt oder kontrolliert genutzt werden könnte. Die führenden Forscher auf diesem Gebiet kamen damals zu dem Schluss, dass Laktat eine von dem bei der Muskelatmung oxidierten Laktat, das Energie und CO2 liefert, getrennte Einheit ist. Außerdem vertraten sie die Ansicht, dass die bei der Atmung gewonnene Energie für die Laktatentsorgung genutzt wird.
Mit diesem Ruf wurde versucht, Laktat für die quälenden Auswirkungen des Kokainkonsums verantwortlich zu machen, da erhöhte Laktatwerte im Blut von Kokainkonsumenten festgestellt wurden oder dass die erhöhte Laktatproduktion die Ursache für die verheerenden Folgen von Diabetes ist. In den 1920er Jahren war das zentrale Thema dieser und vieler anderer Studien das Muskelgewebe und seine glykolytische Bildung von Laktat. Es wurde postuliert, dass dieser Prozess immer anaerob und hauptsächlich durch den Abbau von Glykogen erfolgt. Außerdem findet die aerobe Oxidation, wenn sie denn stattfindet, erst nach der Muskelkontraktion statt, und ihr Hauptzweck ist der Abbau des angesammelten Laktats und der damit einhergehenden Azidose. Das dabei freigesetzte CO2 ist auf die saure Wirkung auf das Bikarbonat des Gewebes zurückzuführen. Dieses Thema verdeutlicht den schlechten Ruf von Laktat, zumindest was den Energiestoffwechsel der Muskeln betrifft. Die Beziehung zwischen Laktat und Glykogen im Muskel und schließlich auch in anderen Geweben, einschließlich des Gehirns, war ein kompliziertes Problem beim Verständnis der Glykolyse. „Otto Meyerhof und Archibald Hill erhielten 1923 gemeinsam den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Entdeckung des festen Zusammenhangs zwischen dem Sauerstoffverbrauch und dem Laktatstoffwechsel im Muskel“. Während die muskuläre Umwandlung von Glykogen in Laktat bis heute umstritten ist, hatten beide Nobelpreisträger einen nachhaltigen Einfluss auf dieses Forschungsgebiet. Mitte der 1920er Jahre war es zu einer „Gewohnheit“ geworden, Laktat für jede physiologische Störung oder jeden anormalen Zustand verantwortlich zu machen. Weitere Einzelheiten über die damalige Tendenz der Wissenschaftler, Laktat zu „verteufeln“, sind verfügbar. Da die meisten Wissenschaftler auf dem Gebiet des Kohlenhydratstoffwechsels damals Muskelgewebe untersuchten, hatten ihre Interpretationen und Meinungen zu den Ergebnissen ihrer Studien großen Einfluss auf diejenigen, die den Kohlenhydratstoffwechsel anderer Gewebe, insbesondere des Gehirns, untersuchten. So übernahm die kleine wissenschaftliche Gemeinschaft, die Ende der 1920er und Anfang der 1930er Jahre die zerebrale Glykolyse untersuchte, die Meinungen ihrer Kollegen aus dem Bereich der Muskelglykolyse und akzeptierte das gängige Dogma, wonach Laktat ein nutzloses Endprodukt ist, das das Gehirn durch Oxidation ausscheidet. Dieses Konzept stand im Widerspruch zu ihrer eigenen Auffassung, dass die Ergebnisse ihrer Studien auf eine oxidative Verwertung von Laktat durch das Hirngewebe hinweisen könnten. Während Hill und Meyerhof in den 1920er und 1930er Jahren die führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet des muskulären Kohlenhydratstoffwechsels waren, war E.G. Holmes ihr Gegenstück auf dem Gebiet des zerebralen Kohlenhydratstoffwechsels. Letzterer veröffentlichte zusammen mit seiner Frau B.E. Holmes eine Reihe von vier hervorragenden Forschungsarbeiten mit dem Titel „Contributions to the study of brain metabolism“. Zunächst zeigten sie, dass Kohlenhydrate im Gehirn nicht die Quelle von Hirnlaktat sind; das Gehirn ist jedoch in der Lage, Laktat aus zugesetzter Glukose zu bilden. In ihrer zweiten Studie stellten sie fest, dass der Laktatspiegel im Gehirn sinkt, wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, was zu einem Mangel an Glukose im Gehirn führt. In der dritten Arbeit der Serie stellten die Holmes fest, dass Hirngewebe bei Raumtemperatur oder unter anaeroben Bedingungen keinen signifikanten Anstieg des Laktatspiegels oder einen signifikanten Abfall des Glykogenspiegels aufweist, dass aber unter aeroben Bedingungen Laktat rasch verschwindet, während der Glykogenspiegel unverändert bleibt. Die Holmes-Forscher stellten also fest, dass Glukose die Vorstufe von Laktat im Gehirn ist und dass unter aeroben Bedingungen der Laktatgehalt im Gehirn abnimmt. Außerdem wiesen sie nach, dass Hirnlaktat aus der vom Blut zugeführten Glukose gebildet wird und dass sein Gehalt sowohl unter hypo- als auch unter hyperglykämischen Bedingungen mit dem Blutzuckerspiegel steigt und fällt. Außerdem zeigten sie, dass sich das diabetische Gehirn in Bezug auf die Laktatbildung und seinen Abbau unter aeroben Bedingungen nicht von einem normalen Gehirn unterscheidet. 1929 schloss sich Ashford Holmes an, und die beiden konnten nachweisen, dass der Abbau von Laktat und der Verbrauch von Sauerstoff korreliert sind, was im Wesentlichen auf eine aerobe Verwertung von Laktat durch das Hirngewebe hinweist. Darüber hinaus wiesen sie nach, dass Natriumfluorid (NaF), der erste bekannte Glykolytikhemmer, sowohl die Umwandlung von Glukose in Laktat als auch den Sauerstoffverbrauch blockierte. Holmes zeigte in einem Präparat aus grauer Hirnsubstanz, dass der Sauerstoffverbrauch in Gegenwart von Glukose vollständig durch NaF gehemmt wurde. Wurde jedoch Laktat anstelle von Glukose verwendet, wurde der Sauerstoffverbrauch durch NaF nicht gehemmt. Daraus schloss Holmes, dass die Umwandlung von Glukose in Laktat vor deren Oxidation durch die graue Hirnsubstanz stattfinden muss. Diese Ergebnisse und ihre eindeutige Schlussfolgerung wurden über acht Jahrzehnte lang völlig ignoriert. Diese Ignoranz ist besonders eklatant, wenn man bedenkt, dass zu dem Zeitpunkt, als der glykolytische Stoffwechselweg 1940 aufgeklärt wurde, die Arbeiten von Holmes und Ashford bereits seit mindestens einem Jahrzehnt vorlagen und schon vor der Bekanntgabe dieser Aufklärung hätten berücksichtigt werden müssen. Vor 76 Jahren hätte man uns also ein etwas anderes Bild des glykolytischen Weges präsentieren können als dasjenige, bei dem je nach An- oder Abwesenheit von Sauerstoff entweder Pyruvat oder Laktat herauskommt. Ein solches Szenario sollte man getrost postulieren können, da die Hauptakteure, die an der Konfiguration des glykolytischen Weges beteiligt waren, sich eindeutig der Existenz des TCA-Zyklus und seiner Abhängigkeit vom Endprodukt der Glykolyse bewusst waren, von dem sie annahmen, dass es sich dabei um Pyruvat handelte, und zwar hauptsächlich auf der Grundlage von Krebs und Johnsons eigenem Vorschlag, dass Pyruvat das Substrat des TCA-Zyklus sei (siehe unten).
Krebs und Johnson waren darauf bedacht, hinter ihren Vorschlag, dass Pyruvat das Substrat des TCA-Zyklus sei, ein Fragezeichen zu setzen. Die Entdecker des glykolytischen Stoffwechsels haben jedoch einen Vertrauensvorschuss erhalten und Krebs und Johnsons Vorschlag als Tatsache und einfache Wahl akzeptiert, wenn man das vorherrschende Dogma bedenkt, dass Laktat das anaerobe Produkt der Muskelglykolyse ist und einen so schlechten Ruf hat, dass niemand es als Substrat für den TCA-Zyklus in Betracht ziehen würde. Der negative Ruf von Laktat verfestigte sich also in den Köpfen der Wissenschaftler, die mit Hirngewebe arbeiteten, die Oxidation von Laktat nachwiesen und die Meinung vertraten, dass Glukose erst in Laktat umgewandelt werden muss, um oxidiert zu werden. So wurden die Arbeiten des Ehepaars Holmes, Ashford und Holmes sowie Holmes und Ashford über den Kohlenhydratstoffwechsel des Gehirns ignoriert und sind bis heute im Dunkeln geblieben, was vor allem auf die Gewohnheit des Denkens zurückzuführen ist. Diese Denkgewohnheit hindert viele Wissenschaftler daran, neuere Daten zu akzeptieren, die das alte Dogma eines glykolytischen Stoffwechsels mit zwei möglichen Ergebnissen – aerob und anaerob – in Frage stellen. Wir dürfen jedoch nicht vergessen, dass 1940 sowohl die Tatsache, dass sich die Enzyme des TCA-Zyklus in den Mitochondrien befinden, als auch die Rolle, die diese Organellen bei der Atmung spielen, unbekannt waren. Ebenfalls unbekannt war damals die Tatsache, dass Mitochondrien in ihrer Membran das Enzym Laktatdehydrogenase (LDH) enthalten, das Laktat in Pyruvat umwandeln kann. Die Unwissenheit der Öffentlichkeit ist verständlich, da sowohl Trainer als auch Athleten weiterhin unvermindert Milchsäure für Muskelschmerzen nach anaerober Belastung verantwortlich machen, sogar noch während der Olympischen Spiele in Rio, obwohl diese Behauptung widerlegt wurde. Die Unwissenheit kann jedoch nicht das Fortbestehen des dogmatischen Konzepts der aeroben und anaeroben Glykolyse unter den Wissenschaftlern erklären, da die heute verfügbaren Erkenntnisse dieses Dogma nicht stützen. Daher ist die Entscheidung vieler Wissenschaftler, dieses Wissen zu ignorieren oder zu umgehen, höchstwahrscheinlich auf eine Gewohnheit zurückzuführen.