Maximales Potential: Wurde die Dosierung von Beta-Alanin bisher in jeder Studie unterschätzt?

Als Beta-Alanin Mitte der 2000er Jahre durch die Studien von Roger Charles Harris als Nahrungsergänzungsmittel an Popularität gewann, wurde es als "das nächste Creatin" gehandelt. Jeder Booster musste den weißen Stoff enthalten und viele Kraftsportler haben es darüber hinaus täglich zu sich genommen. Wenngleich die Wirkungsweise dieses Nahrungsergänzungsmittels auf dem Papier sehr überzeugend klingt, ist der Enthusiasmus jedoch mittlerweile ein wenig abgeflacht. Die Ergebnisse einer neuen Meta-Analyse deuten aber darauf hin, dass bisher so gut wie jede Studie die richtige Dosierung von Beta-Alanin unterschätzt hat [1]. Aus diesem Grund möchten wir uns diese Untersuchung heute genauer ansehen.

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Grundlage: Wie wirkt Beta-Alanin?

Beta-Alanin wird beim Menschen in der Leber hergestellt und teilweise auch über Fleisch und Fisch aufgenommen [2]. An sich betrachtet, besitzt die Aminosäure keine nennenswerten positiven Wirkungen in Bezug auf die körperliche Leistung. Allerdings stellt sie ein wichtiges Molekül in der Produktion von Carnosin dar, welches in der Muskulatur gespeichert wird und selbst eine wichtige Rolle in körpereigenen Puffersystemen des Säure-Basen-Haushaltes spielt. Es puffert unter anderem das Laktat ab, welches im Rahmen einer intensiven körperlichen Belastung entsteht [2].

Muskelkontraktionen werden durch verschiedene Energiesysteme mit ATP versorgt. Je nach Intensität und Dauer der Belastung besitzen verschiedene Systeme dabei die Oberhand. Während in den ersten Sekunden der Creatin-Phosphat-Stoffwechsel die wichtigste Rolle bei der Generierung von Energie übernimmt, schalten sich im weiteren Verlauf die Glykolyse und die Fettoxidation hinzu. Die Glykolyse kann in aerob und anaerob unterteilt werden.

Dosierung Beta-Alanin
Beta-Alanin wird im Körper in Carnosin umgewandelt, welches dann in den Muskelzellen gespeichert wird [2].
Die Glykolyse bezeichnet den Abbau von Kohlenhydraten zu ATP. Der Begriff “anaerob” bedeutet, dass der Prozess ohne Sauerstoff abläuft. Um Kohlenhydrate in Form von Glukose jedoch vollständig zu ATP abzubauen, ist Sauerstoff zwingend notwendig. Da in den ersten 60 bis 90 Sekunden der Belastung der Energieverbrauch höher ist, als der Körper den Blutfluss und die Atemfrequenz steigern kann, um die Sauerstoffzufuhr den Bedarf anzupassen, wird Glukose unvollständig zu Laktat abgebaut. Laktat, auch bekannt als Milchsäure, senkt den pH-Wert in der Muskelzelle und sorgt so bei steigender Konzentration für das bekannte Brennen und die Erschöpfung beim Training. Carnosin wiederum ist Bestandteil eines körpereigenen Puffer-Mechanismus’, der die Säurelast des Laktats reduzieren kann und so für eine langsamere Ermüdung des Muskels sorgt [3, 4, 5].

Im Gegensatz dazu ist Creatin in Form von Creatin-Phosphat dafür verantwortlich, die während der Energiefreisetzung abgespaltenen Phosphatreste zurück auf ATP zu übertragen und somit die Energie wiederherzustellen [6]. Besonders wichtig ist dieser Prozess des Wiederaufbaus in den ersten etwa zehn Sekunden einer hochintensiven Belastung, bis die Energiebereitstellung durch die aerobe und anaerobe Energiebereitstellung, sprich den Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsel, übernommen werden kann.

Dosierung Beta-Alanin
Während Creatin in den ersten rund zehn Sekunden maßgeblich an der ATP-Produktion beteiligt ist, könnte Beta-Alanin durch die Produktion von Carnosin dazu beitragen, dass während der anaeroben Energiebereitstellung mehr Wiederholungen ausgeführt werden können.

Die Meta-Analyse über die Dosierung von Beta-Alanin

Es dauerte geschlagene 13 Jahre seit dem Durchbruch von Beta-Alanin als Nahrungsergänzungsmittel im Jahre 2006, bis sein Entdecker Roger Harris nach zahlreichen weiteren Untersuchungen anhand eines kinetischen Modells selbst feststellen musste, dass bisherige Studien wahrscheinlich eine zu geringe Dosierung verwendet haben, um das volle Potential der Aminosäure in Bezug auf die körperliche Leistung auszuschöpfen [7]. Die vorliegende Meta-Analyse geht einen Schritt weiter und analysierte alle bestehenden Daten über die Carnosin-Synthese im Körper nach der Einnahme von Beta-Alanin [1].

Zu diesem Zwecke sammelte man die Ergebnisse von 26 veröffentlichten Studien sowie zwei unveröffentlichten Studien aus dem eigenen Labor. Insgesamt standen somit Daten von 575 Probanden zur Verfügung, die zum überwiegenden Teil aus jungen Erwachsenen bestanden. Von 99 der Probanden standen außerdem individuelle Daten zur Verfügung, die man nutzte, um mehr über die Schwankungsbreite von Person zu Person zu erfahren.

Die Meta-Analyse besteht aus drei Komponenten. In der ersten von ihnen berechnete man Effektgrößen, wie in jeder anderen Meta-Analyse auch, um zu untersuchen, ob Beta-Alanin den Carnosinspiegel überhaupt erhöht. Allerdings ging man noch einen Schritt weiter und analysierte, ob bestimmte Faktoren wie das Geschlecht, das Alter, der Carnosinspiegel vor der Einnahme, die Messmethode und die Dosierung von Beta-Alanin auf täglicher Basis, aber auch über die Dauer der Anwendung einen Einfluss auf den Carnosinspiegel nehmen.

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Mit Hilfe der gruppenbezogenen Daten verwendete man außerdem ein sogenanntes "Emax"-Modell, um die Beziehung zwischen der Dosierung von Beta-Alanin und seiner Wirkung abzuschätzen. Dieses "Emax"-Modell kommt meistens in der Pharmakologie zur Anwendung und wurde genutzt, um die Auswirkung der kumulativen Dosis über die Zeit zu berechnen, die nötig ist, um den Carnosingehalt der Muskulatur um einen gewissen Grad anzuheben. Zu guter Letzt verwendeten sie die individuellen Daten, um eine zusätzliche Einschätzung der Auswirkungen einer Beta-Alanin-Einnahme auf den Carnosingehalt der Muskulatur zu erhalten sowie herauszufinden, ob es bei diesem Nahrungsergänzungsmittel sogenannte "Non-Responder" gibt, bei denen die Einnahme zu keinem Anstieg der Carnosinkonzentration führt.

Die Ergebnisse

Bei den gruppenbezogenen Daten ließen die Forscher sechs Analysen aufgrund ihrer ungewöhnlich hohen Effektgrößen mit einem Wert von über fünf außen vor. Die Effektgröße der verbleibenden Untersuchungen beträgt zusammengerechnet 1,5 ± 3 für eine durchschnittliche kumulative Dosierung von 208 Gramm mit einer zusätzlichen Steigerung von 0,23 für jede weitere 100 Gramm Dosierung von Beta-Alanin. Die kumulative Dosierung beschreibt die zusammengerechnete Aufnahmemenge der täglichen Dosierungen über den jeweiligen Zeitraum der Studie.

Dosierung Beta-Alanin
Die Beziehung aus der Dosierung von Beta-Alanin und der Erhöhung des Carnosingehaltes in der Muskulatur ergibt eine lineare Abhängigkeit [1]. Grafik verändert nach Primärquelle.
Die Ergebnisse aus der gruppenbezogenen Meta-Analyse legen keinen Einfluss des Geschlechts auf die Steigerung des Muskel-Carnosingehaltes durch die Einnahme von Beta-Alanin nahe. Allerdings hatte die verwendete Messmethode in den Studien einen Einfluss. Größere Anstiege konnten in Untersuchungen verzeichnet werden, die eine Muskel-Biopsie statt nicht-invasiven Methoden verwendeten.

Das "Emax"-Modell berechnete eine maximale Effektgröße von 3.0 ± 0,7 für die Steigerung des Muskel-Carnosingehaltes durch die Einnahme des Nahrungsergänzungsmittels. Das Modell legt nahe, dass eine durchschnittliche kumulative Dosierung von Beta-Alanin von 377 Gramm (310 bis 494 Gramm) ausreicht, um 50 Prozent des maximalen Effektes auf den Carnosingehalt in der Muskulatur zu erreichen. Die folgende Grafik zeigt die Wahrscheinlichkeiten mit verschiedenen kumulativen Dosierungen von Beta-Alanin, 70, 80 und 90 Prozent des maximalen Effektes zu erreichen.

Dosierung Beta-Alanin
Um einen Muskel-Carnosinspiegel nahe am Maximum zu erreichen, muss eine höhere kumulative Dosierung aufgenommen werden, als bisher angenommen [1].
Auf der individuellen Ebene deuten die Ergebnisse darauf hin, dass eine Dosierung von 6,4 Gramm Beta-Alanin pro Tag den Carnosingehalt in der Muskulatur im Durchschnitt um 16 Millimol pro Kilogramm Trockenmasse erhöhen kann. Dies scheint nicht maßgeblich durch den Ausgangswert beeinflusst zu werden, den die Muskulatur vor der Einnahme aufgewiesen hat. Die Regressionsanalyse zeigt, dass die Einnahme von 6,4 Gramm Beta-Alanin pro Tag über vier Wochen zu einem durchschnittlichen Anstieg um 14 Millimol pro Kilogramm Trockenmasse führt und sich jede weitere Woche um 0,5 weitere Millimol pro Kilogramm Trockenmasse steigert.

Interpretation der Daten

Die vorliegende Meta-Analyse stellt einige sehr wichtige Beobachtungen aus der Beta-Alanin-Forschung ins Rampenlicht. Zunächst ist festzuhalten, dass die Obergrenze der Carnosinkonzentration in der Muskulatur bisher nicht eindeutig festgestellt werden konnte. Wir wissen also bis heute nicht genau, wo der Wert des 100% Emax liegt.

Weiterhin gibt es keine Anzeichen dafür, dass die bisherigen Studien besonders nahe an eine maximale Carnosinkonzentration in der Muskulatur herangekommen sind und größere kumulative Dosierungen allgemein zu einer stärkeren Steigerung des Muskel-Carnosingehaltes führen.

Die dritte wichtige Beobachtung ist, dass es keine bedeutsame Anzahl an Non-Respondern in Bezug auf Beta-Alanin zu geben scheint, die keine Steigerung der Carnosinkonzentration in der Muskulatur erfahren und dass diese Steigerung unabhängig des biologischen Geschlechts oder Carnosinspiegels vor der Einnahme ist.

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Wenngleich diese Schlussfolgerungen aus der Literatur bisher ein sehr klares Bild zeichnen, scheinen ihre Auswirkungen auf die Praxis weniger klar zu sein. Wie eingangs beschrieben, wird Beta-Alanin in der Muskulatur mit der Aminosäure Histidin verknüpft, wodurch Carnosin entsteht. Eine direkte Einnahme von Carnosin wäre allerdings sehr ineffizient, da das Molekül im Körper aufgespalten wird, bevor es in die Muskelzellen gelangt [2]. Im Regelfall verfügt der menschliche Körper über mehr als genug Histidin, um  eine normale Carnosinsynthese zu gewährleisten, sodass Beta-Alanin zum limitierenden Faktor wird.

Carnosin wirkt als intrazellulärer Puffer, der die Säurelast einer erhöhten Laktatproduktion im Rahmen des anaeroben Stoffwechsels neutralisiert. Die Frage ist jedoch, ob ein höherer Carnosingehalt ab einer gewissen Menge weiterhin zu einer besseren körperlichen Leistung führt. Einige Studien deuten darauf hin, dass dies der Fall sein könnte. Saunders et al. führten eine 24-wöchige Studie an 25 aktiven Männern durch und verwendeten dafür eine Dosierung von 6,4 Gramm Beta-Alanin pro Tag [8]. Während dieser Zeit wurden im Abstand von je vier Wochen die Zeit bis zur Erschöpfung bei einer hochintensiven Belastung auf dem Fahrradergometer sowie der Carnosingehalt in der Muskulatur gemessen.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Carnosinspiegel über die 24 Wochen stetig weiter anstieg und auch die körperliche Leistung auf dem Ergometer diesem Anstieg folgte. Dabei ist zu beachten, dass die Verbesserung der Leistung in der Placebogruppe ausblieb und daher nicht auf den Trainingseffekt, sondern auf die Einnahme von Beta-Alanin und dem damit verbundenen Anstieg des Muskel-Carnosingehaltes zurückzuführen war.

Dosierung Beta-Alanin
Bei einer Dosierung von 6,4 Gramm Beta-Alanin pro Tag über 24 Wochen stieg der Carnosingehalt in der Muskulatur von Woche zu Woche weiter an. Die körperliche Leistung bei einem hochintensiven Fahrrad-Ergometrie-Test stieg dabei in Abhängigkeit des Muskel-Carnosinspiegels ebenfalls an. [8] a = p<0,0001 gegenüber Woche 0, b = p<0,0001 gegenüber Placebo zum gleichen Zeitpunkt
Diese Ergebnisse machen die vorliegende Meta-Analyse sehr faszinierend. Wenn ein höherer Carnosingehalt zu einer stärkeren Steigerung der anaeroben Leistung führt und die bisherigen Studien durch eine zu niedrige Dosierung von Beta-Alanin nicht zu einer vollständigen Absättigung des Carnosingehaltes in der Muskulatur führten, bedeutet das vielleicht, dass wir bisher die Effektivität von Beta-Alanin unterschätzt haben? Möglicherweise, aber ganz so einfach ist es nicht.

Bisher haben wir festgestellt, dass die maximale Carnosinkonzentration in der Muskulatur noch nicht festgestellt werden konnte. Der Logik nach muss es zwar eine Obergrenze geben, allerdings konnte sie bisher von keiner Studie erreicht werden. Wir können jedoch nicht annehmen, dass die Steigerung des Carnosinspiegels perfekt geradlinig  in Abhängigkeit der Dosierung von Beta-Alanin verläuft und es ist sehr wahrscheinlich, dass der maximale Nutzen auf die körperliche Leistung bei einer submaximalen Carnosinkonzentration erreicht ist. Im Grunde benötigen wir noch viele weitere Studien, um festzustellen, zu welchem Grad wir die Dosierung von Beta-Alanin und seine Effekte bisher unterschätzt haben.

Es ist schwer vorstellbar, dass wir aktuell noch weit von der optimalen Dosierung von Beta-Alanin entfernt sind. Immerhin haben zahlreiche Studien eine sehr eindeutige Steigerung des Carnosingehaltes in der Muskulatur beobachten können. Weiterhin ist anzunehmen, dass wir auf einen abnehmenden Nutzenzuwachs treffen, wenn wir die Dosis von hoch zu sehr hoch steigern, da möglicherweise andere Mechanismen der Erschöpfung ins Spiel kommen, die unabhängig der Laktatproduktion sind.

Basierend auf den hier vorgestellten Ergebnissen dürfte man jedoch nicht allzu überrascht sein, wenn zukünftige Studien mit einer höheren Dosierung von Beta-Alanin einen stärkeren Effekt auf die körperliche Leistung bei bestimmten Belastungen zeigen. Sicherlich ist die Substanz kein Wundermittel. Allerdings stellt sie einen berechtigten Vertreter der Nahrungsergänzungsmittel dar, die einen nachweislichen Effekt auf die körperliche Leistung entfalten können.

Welche Probleme treten bei hohen Dosierungen von Beta-Alanin auf?

Bisher wissen wir nicht, wie hoch die maximale effektive Dosierung von Beta-Alanin genau ist. Wir wissen jedoch, dass sie deutlich höher zu sein scheint, als bisher angenommen. Die optimale Menge festzustellen, ist aus verschiedenen Gründen nicht so simpel wie bei anderen Stoffen, beispielsweise Creatin.

Zunächst können nur drei bis sechs Prozent des aufgenommen Beta-Alanins zur Speicherung von Carnosin in der Muskulatur verwendet werden [1]. Diese Ineffizienz macht eine hohe Menge Beta-Alanin erforderlich, die aufgenommen werden muss, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Das zweite Problem ist, dass Beta-Alanin zum berühmten Kribbeln unter der Haut führt. Zwar ist diese Nebenwirkung vollkommen ungefährlich und jeder Mensch hat einen individuellen Schwellenwert, ab dem das Kribbeln eintritt, doch es hält trotzdem viele Menschen davon ab, höhere Mengen auf einmal zu konsumieren. Eine effektive Strategie, das Kribbeln zu umgehen, ist es daher, die Dosierung von Beta-Alanin auf mehrere kleinere Gaben von 1,5 bis zwei Gramm aufzuteilen. Allerdings kann dieses Vorgehen auf Dauer von vielen Menschen als sehr mühselig wahrgenommen werden.

Doch nicht Histamin: Darum kommt es nach der Einnahme von Beta-Alanin wirklich zum Kribbeln!

Viele werden es kennen: Man nimmt einen Pre-Workout-Booster und plötzlich fängt es im Gesicht, an den Händen und am ganzen Körper an zu kribbeln. Was von den meisten unerfahrenen Nutzern entsprechender Produkte als Zeichen einer starken Wirkung wahrgenommen wird, ist tatsächlich eine Nebenwirkung von einem Stoff, der unserer Meinung nach in Boostern nicht viel zu […]

Für wen lohnt sich die Einnahme von Beta-Alanin?

Wie weiter oben dargestellt, greift die Wirkungsweise von Beta-Alanin in den anaeroben Stoffwechsel ein. Eine weitere aktuelle Meta-Analyse kam zu dem Schluss, dass die Einnahme von Beta-Alanin die Leistung bei hochintensiven Belastungen mit einer Dauer von 30 Sekunden bis zehn Minuten fördern kann [9]. Athleten, deren Training eine vergleichsweise hohe Wiederholungszahl, geringe Pausenzeit und eine Belastungsdauer in diesem Bereich umfasst, könnten von der Einnahme von Beta-Alanin profitieren.

Je nach Ausführungsgeschwindigkeit kann ein Satz mit zwölf Wiederholungen bereits in diesen Bereich fallen. Bei einer Kadenz von je zwei Sekunden in der exzentrischen und konzentrischen Phase ergibt sich eine Belastungsdauer von insgesamt 48 Sekunden. Viele Bodybuilder verwenden in bestimmten Übungen jedoch durchaus auch höhere Wiederholungszahlen im Bereich von 15 bis 30 Wiederholungen. Besonders unter der Verwendung bestimmter Intensitätstechniken wie agonistischen Supersätzen oder Reduktionssätzen kann die Belastungsdauer deutlich steigern.

Die Auswirkungen auf ein Training mit niedrigen Wiederholungszahlen und längeren Pausenzeiten, wie es beispielsweise bei der HIT-Methode oder im Powerlifting der Fall ist, sind dagegen weniger klar identifiziert. Zusätzliche Studien und Meta-Analysen sollten in Zukunft die Effekte einer höheren Dosierung von Beta-Alanin in Bezug auf das klassische Krafttraining untersuchen.

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Fazit und Zusammenfassung

Basierend auf den vorliegenden Daten scheint es möglich zu sein, dass das Supplement Beta-Alanin etwas effektiver sein könnte, als bisher angenommen. Eine Dosierung von über 6,4 Gramm Beta-Alanin täglich über einen Zeitraum von acht Wochen oder länger könnte den Carnosingehalt in der Muskulatur auf ein höheres Niveau anheben, als es in bisherigen Studien der Fall war, und folglich auch zu einer stärkeren Wirkung führen.

Athleten, deren Training eine hohe Laktatproduktion erzeugt, wie es beispielsweise beim Krafttraining mit hohen Wiederholungszahlen, geringen Pausenzeiten oder der Verwendung bestimmter Intensitätstechniken der Fall ist, könnten von der Einnahme höherer Dosierungen von Beta-Alanin profitieren. Das Gleiche gilt für Sportler, die hochintensive Belastungen im Bereich von 30 Sekunden bis zehn Minuten ausführen, beispielsweise beim Intervalltraining, CrossFit oder in der Leichtathletik. Sofern die Pufferkapazität gegenüber der Säurelast in den Muskelzellen jedoch nicht den limitierenden Faktor der körperlichen Leistung darstellt, erscheint die Einnahme von Beta-Alanin keinen maßgeblichen Nutzen zu entfalten.

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Primärquelle: Eric Trexler: "Is Beta-Alanine Under-Dosed in Every Study?" Monthly Applications in Strength Sport (MASS), Volume 4, Issue 10

Literaturquellen:

  1. Rezende, Nathália Saffioti, et al. "The Muscle Carnosine Response to Beta-Alanine Supplementation: A Systematic Review With Bayesian Individual and Aggregate Data E-Max Model and Meta-Analysis." Frontiers in physiology 11 (2020): 913.
  2. Trexler, Eric T., et al. "International society of sports nutrition position stand: Beta-Alanine." Journal of the International Society of Sports Nutrition 12.1 (2015): 1-14
  3. SUZUKI, YASUHIRO, et al. "Carnosine and anserine ingestion enhances contribution of nonbicarbonate buffering." Medicine & Science in Sports & Exercise 38.2 (2006): 334-338.
  4. Hoffman, J., et al. "ß-Alanine and the hormonal response to exercise." International journal of sports medicine 29.12 (2008): 952-958.
  5. Baguet, Audrey, et al. "ß-Alanine supplementation reduces acidosis but not oxygen uptake response during high-intensity cycling exercise." European journal of applied physiology 108.3 (2010): 495-503.
  6. Kreider, Richard B., et al. "International Society of Sports Nutrition position stand: safety and efficacy of creatine supplementation in exercise, sport, and medicine." Journal of the International Society of Sports Nutrition 14.1 (2017): 18.
  7. Spelnikov, Dmitry, and Roger Charles Harris. "A kinetic model of carnosine synthesis in human skeletal muscle." Amino Acids 51.1 (2019): 115-121.
  8. Saunders, Bryan, et al. "Twenty-four weeks of β-alanine supplementation on carnosine content, related genes, and exercise." Medicine & Science in Sports & Exercise 49.5 (2017): 896-906.
  9. Saunders, Bryan, et al. "β-alanine supplementation to improve exercise capacity and performance: a systematic review and meta-analysis." British Journal of Sports Medicine 51.8 (2017): 658-669.
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