Nowe oblicze sportu. Technologie!

W biegach taką technologiczną innowacją było zastosowanie węglowej (karbonowej) płytki w podeszwie buta. Za sprawa Eliuda Kipchoge, który złamał mityczne 2 godziny na dystansie maratońskim biegnąc w takich butach, buty te stały się szybko znane i pożądane w środowisku biegowym.
Pewnie wielu z Was czytało o nich na biegowych forach, gdzie również różni producenci przedstawiają kolejne modele. Coraz więcej biegaczy korzysta z obuwia tego typu – jest to szczególnie widoczne podczas biegów masowych. Ja również otrzymuję od Was pytania, co należy o takich butach sądzić? Jaki jest ich wpływ na mięśnie i stawy?

Wszystkie wiodące firmy produkujące profesjonalne obuwie sportowe starają się zaprojektować idealne buty do biegania. Parametrem, który znajduje się szczególnie na celowniku jest poprawa ekonomiki biegu, czyli zmniejszenie kosztów metabolicznych wysiłku i tym samym zaoferowanie szansy na przełamanie kolejnych granic.

Zmiany konstrukcyjne butów koncentrują się przede wszystkim na podeszwie, jej kształcie i grubości. Na półkach sklepowych pojawiają się nowe modele a dominującą cechą ich wyglądu jest bardzo wysoka podeszwa.

Nie mam jeszcze (może niestety?) osobistych doświadczeń z użytkowaniem takich butów. Moja wiedza do tej pory pochodziła z informacji od producentów, którymi kieruje oczywisty cel marketingowy. Dlatego skoncentrowałem się na przeglądzie aktualnych publikacji naukowych , by móc przedstawić Wam wiedzę opartą na naukowych badaniach na temat tych butów.

Technologia działa…

Każdy biegowy rekord świata kobiet i mężczyzn, od dystansu 5 km do maratonu, został pobity od czasu zastosowania karbonowej płytki w butach biegowych w 2016 roku. Zadaniem karbonowej płytki jest zmiana właściwości elastycznych podeszwy buta i zmniejszenie kosztu energii biegu.

W 2018 roku Eluid Kipchoge poprawił o 1 min i 18 sekund rekord świata w maratonie mężczyzn. W 2019 roku Brigid Kosgei pobiła rekord w maratonie kobiet, a Geoffrey Kamworor pobił rekord świata w półmaratonie mężczyzn. W 2020 roku Ababel Yeshaneh pobiła rekord kobiet w półmaratonie. Jednak najbardziej spektakularnym wyczynem pozostaje bieg Eliuda Kipchoge w 2019 roku, który złamał barierę dwóch godzin w maratonie. Niestety, ze względu na warunki biegu (profil trasy, zmieniający się pacemakerzy), jego wynik nie został uznany za oficjalny rekord World Athletics (dawniej IAAF).

Wszystkich wymienionych powyżej sportowców, oprócz tego, że są wyjątkowo utalentowanymi biegaczami, łączy fakt, że biegali w butach z karbonową płytką.

Buty, w których biegł Eluid Kipchoge – Nike Vaporfly 4% – poprawiają ekonomię biegu średnio o 4% w porównaniu do klasycznego obuwia biegowego (stąd też pochodzi ich nazwa 4%)¹.

Guinnessa i wsp. przeprowadził analizę wyników, wykorzystując do tego sieć Strava (to sieć społecznościowa sportowców, raportujących swoje treningi i zawody). Zaobserwowano, że u 578 maratończyków (308 mężczyzn, 270 kobiet), którzy zaczęli używać butów z karbonową płytką, poprawiły się osiągane wyniki na dystansie maratońskim.

Zaobserwowano następującą zmianę:

75% mężczyzn – zawodnicy biegli średnio 1,5–2,9% szybciej (od 2 do 4 min),

71% kobiet – zawodniczki biegały w przedziale 0,8–2,4% szybciej (od 1 do 4 min) ².

Karbonowa płytka, a wyniki sportowe

Udowodniono, że nowe buty poprawiają ekonomię biegu.
Czym jednak jest ten osławiony parametr?
Zużycie tlenu w stanie ustalonym (V̇ O2, w ml O2/kg/min) przy danej prędkości biegu, określane jest jako ekonomia biegu. Odzwierciedla ona zapotrzebowanie na energię podczas biegu, ze stałą prędkością submaksymalną. Biegacze o dobrej ekonomii biegu zużywają mniej tlenu niż biegacze o słabej ekonomii przy tej samej stałej prędkości. Chociaż pomiar ekonomii biegu jest często postrzegany jako prosty pomiar, w rzeczywistości jest to pomiar, na który wpływ ma wiele czynników³.

Odzwierciedla on funkcjonowanie kilku układów: metabolicznego, sercowo-płucnego, biomechanicznego i nerwowo-mięśniowego. Sprawność naszego metabolizmu odnosi się do zdolności wykorzystania dostępnej energii, w celu ułatwienia zapewnienia optymalnej wydajności, natomiast sprawność krążeniowo-oddechowa odnosi się do wydajności pracy procesów związanych z transportem i wykorzystaniem tlenu.

Wreszcie, właściwości nerwowo-mięśniowe i biomechaniczne odnoszą się do interakcji między układem nerwowym i mięśniowo-szkieletowym.

Jeśli biegacz może poprawić swoją ekonomie, może zwiększyć prędkość przy tym samym V̇ O2 m i tym samym poprawić czas biegu.

Jak zatem buty wpływają na ekonomie biegu?

Istnieją przesłanki wskazujące na to, że nowe rekordy w biegach na długich dystansach są mało prawdopodobne z przyczyn biologiczno-fizjologicznych, a bardziej technologicznych⁴. Zaproponowano trzy założenia redukcji energii mechanicznej podczas biegu, a tym samym zwiększenia wydolności fizycznej:

1. optymalizacja układu mięśniowo-szkieletowego
2. maksymalizacja energii zwracanej
3. minimalizacja utraty energii

Badania biomechaniczne wykazały, że straty energii podczas biegu powstają podczas stawiania stopy na podłożu i związane są z ruchomością w stawach przodostopia i stawie śródstopno-palcowym palucha.

Stąd też przyjęto założenie, że zwiększenie sztywności w części podeszwy, która ograniczy ruchomość w tych stawach, przyczyni się do redukcji utraty energii⁵. Ta myśl przyświecała konstruktorom, którzy wykorzystali płytkę karbonową, materiał lekki, ale zarazem o korzystnych cechach sztywności, które za pośrednictwem działania biernego „odrzutu”, oddaje część energii podczas odbicia⁴. Karbonowa płytka zmienia biomechanikę pracy stawu śródstopno-palcowego, poprzez wpływ na moment siły⁶.

Warto zauważyć, że w badaniach zaobserwowano również duże różnice osobnicze między badanymi zawodnikami. U badanych zawodników zdarzały się osoby, u których ekonomia biegu poprawiała się aż do 6,4%, ale są również zawodnicy, u których nie zaobserwowano żadnej różnicy³. Wpływ na takie wyniki może mieć technika biegu, a w szczególności sposób lądowania i przetaczania stopy w czasie biegu.

Wiadomo, że na ekonomikę biegu w dużym stopniu mają wpływ różnice anatomiczne i biomechaniczne zawodnika. Większa długość kończyn dolnych, z powodu wysokiej podeszwy buta, poprawi ekonomie biegu przy tej samej masie ciała. Dokładny mechanizm nie jest w pełni wyjaśniony, uważa się jednak że długie i cienki kończyn dolne przyczyniają się do większego momentu bezwładności i tym samym mniejszej siły mięśniowej, jaka potrzebna jest do generowania ruchu⁷. Zaobserwowano również, że zwiększenie długości kroku jest bardziej efektywne niż zwiększanie częstotliwości kroku, przez zmniejszenie zużycia energii na przyspieszenie nóg, wykazano, że dłuższe nogi faworyzują dłuższy krok⁸.

Wyższa podeszwa buta to nie tylko zwiększenie długości nóg, ale również zwiększenie „przestrzeni sprężynowej” co pozwala z kolei na uwolnienie większej energii podczas każdego uderzenia stopą o podłoże. Producenci obuwia pragną w wyniku badań ustalić, jaki kształt (zakrzywione, proste) nadać płytce, by uzyskać jak najlepszy efekt. Istotne jest również ustalenie, jaką wybrać sztywność i miejsce położenia płytki. Oznacza to tym samym, że każdy model buta ma w tym zakresie indywidualną charakterystykę.

Narząd ruchu

Badania laboratoryjne wykazały, że poprzez zwiększenie sztywności zginanej podeszwy buta z płytką karbonową dochodzi do zmian i przesunięcia działania sił reakcji podłoża (GRF ang. ground reaction forces). Skutkuje to zwiększonymi obciążeniami wokół stawu skokowego, co konsekwencji może wpływać na redystrybucję sił oddziaływujących na stawy całej kończyn dolnej⁹. W badaniach wykazano, że zmniejszeniu ulega prędkość skurczu mięśni łydki, co sugeruje bardziej wydajne wytwarzanie siły i tym samym poprawę ekonomiki biegu¹⁰. Nie znaleziono jednoznacznych naukowych dowodów, że węglowa płytka ma negatywny wpływ na stawy biodrowe i kolanowe.

Chociaż nowe buty poprawiają wydajność biegania, nie ma jednak opublikowanych badań oceniających ryzyko kontuzji ze względu na sztywniejszą podeszwę ¹¹. Naukowcy są zgodni, że konieczne są badania prospektywne oceniające ryzyko kontuzji związane z używaniem butów z karbonową płytką. Należy opracować standardowe protokoły testowe w celach określenia optymalnej sztywności podeszwy, w zależności od poziomu wytrenowania zawodnika, sposobu lądowania i przetaczania stopy oraz dystansu biegu. Tylko to może pomóc obiektywnie ocenić związek kontuzji ze sztywnością płytki.

W swojej praktyce miałem okazje konsultować zawodników, którzy jednoznacznie wskazywali związek wystąpienia kontuzji z używaniem nowych butów. Były to kontuzje mięśniowe dotyczące tylnej grupy uda (mięśnie kulszowo-goleniowe) i łydki. W moim odczuciu „lepsze odbicie” wpływa na obciążenia mięśni. Szczególnie może to mieć znaczenie dla zawodników podatnych na kontuzje mięśniowe lub słabszym układem mięśniowym, co potwierdza również praca Willwachera i wsp.¹². Autor tłumaczy, że bieganie w takim obuwiu wymaga mocnego i sprawnego układu mięśniowego.

Jednakże niedawno World Athletics na wniosek głównych producentów obuwia, reprezentowanych przez Światową Federację Przemysłu Artykułów Sportowych, zatwierdziła zmianę swoich zasad regulujących rozwój prototypów obuwia. World Athletics zezwoliła na start w zawodach w butach prototypowych, zanim będą one dostępne w powszechnej sprzedaży, po zatwierdzeniu specyfikacji butów przez World Athletics⁴. Te nowe zasady doprowadziły do ​​„wyścigu zbrojeń” w zakresie konstrukcji karbonowych płytek i podeszwy wśród głównych producentów obuwia.

Światowej klasy zawodnik zazwyczaj jest związany umową sponsorską z producentem, tak więc może wystartować w butach niedostępnych dla wszystkich.

Czy aby na pewno jest to dobre dla sportu?

Czy nie kłóci się to z ideą sportu powszechnego, dostępnego dla wszystkich, zakładającego rywalizacje opartą na zasadach fair play, równych możliwości i szans?

Wyobrażam sobie, że dla elity sportowców, poprawa wyniku o 4% robi istotną różnicę, ale również wyobrażam sobie sportowca amatora, który marzy o złamaniu bariery 3 godzin w maratonie, a jego ostatni start zakończył się wynikiem 3.02. Start w takich butach może mu pomóc zrealizować cel. Uważam jednak, że władze (World Athletics) stoją przed pilną potrzebą określenia granicy technologicznego postępu. Potencjalnym rozwiązaniem tego problemu mogłoby być ograniczenie wysokości buta do 20 mm. To proste i praktyczne rozwiązanie zapobiegłoby zbyt dużemu wpływowi technologii obuwia na koszty energii podczas biegania, a tym samym na nowe rekordy.

Firmy byłyby w stanie wprowadzać innowacje w tej przestrzeni, ale technologia obuwia nie byłaby głównym wyróżnikiem wyników sportowych elitarnych sportowców.

Osobiście opowiadam się za ideą sportu powszechnego, masowego, dostępnego dla wszystkich, nacechowanego rywalizacją z własnym słabościami. Na szczęście tej grupy sportowców nie dotyczy raczej problem technologicznego dopingu. Sport ma być stylem życia, a nie celem w życiu. Żaden najlepszy but nie zastąpi właściwego treningu.

Po drugiej stronie świata sportu stoją elitarni biegacze, dla których każda sekunda ma znaczenie (olimpijskie limity, życiowe rekordy etc.). Niestety nie do końca poznane są osobnicze różnice w poprawie ekonomiki biegu, dlaczego jeden sportowiec korzysta więcej, a inny mniej lub wcale.

Czy w ogóle i z jakiego powodu tego typu buty mają wpływ na kontuzje?
To wymaga dalszych badań.

Stan obecny jest taki, że elitarny biegacz, w klasycznych butach może nie być wstanie zniwelować różnicy i przewagi, jaką wobec niego zawodnikiem w butach z karbonem.

Stawia go to na nierównej pozycji, szczególnie wtedy, gdy nowe buty powodują u niego kontuzje. Te pytania wymagają odpowiedzi, gdyż współzawodnictwo sportowe to przede wszystkim realizacji idei równych szans.

A jakie są Wasze opinie?

Czy zaobserwowaliście problemy związku z używaniem takich butów?

Ciekaw jestem Waszego zdania.

Bibliografia

1. Hoogkamer W, Kipp S, Frank JH, Farina EM, Luo G, Kram R. A Comparison of the Energetic Cost of Running in Marathon Racing Shoes. Sport Med. 2018;48(4):1009-1019. doi:10.1007/S40279-017-0811-2
2. Weyand PG. Now Afoot: engineered running economy…. – Google Scholar. Accessed November 5, 2021. https://scholar.google.pl/scholar?hl=pl&as_sdt=0%2C5&q=Weyand+PG.+Now+Afoot%3A+engineered+running+economy.+J+Appl+Physiol.+2020%3B128%3A1083&btnG=
3. Hunter I, McLeod A, Valentine D, Low T, Ward J, Hager R. Running economy, mechanics, and marathon racing shoes. J Sports Sci. 2019;37(20):2367-2373. doi:10.1080/02640414.2019.1633837
4. Muniz-Pardos B, Sutehall S, Angeloudis K, Guppy FM, Bosch A, Pitsiladis Y. Recent Improvements in Marathon Run Times Are Likely Technological, Not Physiological. Sport Med. 2021;51(3):371-378. doi:10.1007/S40279-020-01420-7
5. Stefanyshyn D, Fusco C. Athletics: Increased shoe bending stiffness increases sprint performance. Sport Biomech. 2004;3(1):55-66. doi:10.1080/14763140408522830
6. Ortega JA, Healey LA, Swinnen W, Hoogkamer W. Energetics and Biomechanics of Running Footwear with Increased Longitudinal Bending Stiffness: A Narrative Review. Sport Med. 2021;51(5):873-894. doi:10.1007/s40279-020-01406-5
7. Mooses M, Mooses K, Haile DW, Durussel J, Kaasik P, Pitsiladis YP. Dissociation between running economy and running performance in elite Kenyan distance runners. J Sports Sci. 2015;33(2):136-144. doi:10.1080/02640414.2014.926384
8. Sleivert GG, Rowlands DS. Physical and physiological factors associated with success in the triathlon. Sport Med. 1996;22(1):8-18. doi:10.2165/00007256-199622010-00002
9. Cigoja S, Fletcher JR, Nigg BM. Can increased midsole bending stiffness of sport shoes delay the onset of lower limb joint work redistribution during a prolonged run? Proc to 38th Conf Int Soc Biomech Sport. 2020;(2019):2018-2021. Accessed November 13, 2021. https://www.semanticscholar.org/paper/CAN-INCREASED-MIDSOLE-BENDING-STIFFNESS-OF-SPORT-OF-Cigoja-Fletcher/d5ca661fb81873fc87da1795bddaa2f8f77bcab8
10. Cigoja S, Firminger CR, Asmussen MJ, Fletcher JR, Edwards WB, Nigg BM. Does increased midsole bending stiffness of sport shoes redistribute lower limb joint work during running? J Sci Med Sport. 2019;22(11):1272-1277. doi:10.1016/J.JSAMS.2019.06.015
11. Sun X, Lam WK, Zhang X, Wang J, Fu W. Systematic review of the role of footwear constructions in running biomechanics: Implications for running-related injury and performance. J Sport Sci Med. 2020;19(1):20-37.
12. Willwacher S, König M, Braunstein B, Goldmann JP, Brüggemann GP. The gearing function of running shoe longitudinal bending stiffness. Gait Posture. 2014;40(3):386-390. doi:10.1016/j.gaitpost.2014.05.005

Jeśli podoba Ci się to, co piszę, udostępnij post na Facebooku – pomóż mi szerzyć wiedzę