Onlangs heeft de Keniaanse marathonloper Eliud Kipchoge de 2-uurs barrière op de marathon doorbroken. Naast een vlak parcours, hazen die in- en uitstapten en een zeer goede voorbereiding, droeg Kipchoge speciale hardloopschoenen van schoenenmerk Nike waar nogal veel over te doen is in de media en die hem geholpen hebben met het verbeteren van dit memorabele record. Hij liep op een prototypeschoen van de Nike Zoom Vaporfly Next%. Naar de voorloper hiervan, de Zoom Vaporfly 4% is veel wetenschappelijk onderzoek gedaan, om te achterhalen wat de voordelen van deze schoen zijn. Interessant is dat de werking van deze schoen gelijkenis heeft met die van een orthopedische schoen. In deze uitgave een uiteenzetting hiervan.
Afbeelding 1. De Nike Zoom Vaporfly 4%
Eliud Kipchoge is niet de enige marathonloper die loopt op deze ‘wonderschoenen’ van Nike (afbeelding 1). Het merendeel van de toplopers op de marathon loopt erop. Dat heeft alles te maken met de aangetoonde voordelen van deze schoen als het gaat om hoe efficiënt ermee gelopen kan worden ten opzichte van andere hardloopwedstrijdschoenen. Loopefficiëntie is de mate van energie die verbruikt wordt per afgelegde meter of snelheid. Hoe lager dit energieverbruik is, des te energie-efficiënter iemand loopt. Loopefficiëntie is bij de 100m sprint op de baan geen belangrijke variabele, daar gaat het om het maximaliseren van het te leveren vermogen door de spieren. Echter, op de marathon is het de belangrijkste variabele die de hardloopprestatie bepaalt. Onderzoek heeft aangetoond dat 1% winst in energieverbruik bijna 1% winst in loopsnelheid geeft. Vele factoren bepalen wat het energieverbruik van een loper is, zoals lichaamsgewicht, weersomstandigheden (wind, temperatuur, luchtvochtigheid), voeding en training. De hardloopschoen speelt ook een belangrijke rol. Vooral het gewicht van de schoen. Dat heeft ermee te maken dat de schoen aan het eind van het been zit en het been bij hardlopen met een hoge frequentie versneld en vertraagd wordt. Hoe meer gewicht er aan het eind van het been zit, des te meer energie het kost om die massa te versnellen en vertragen. Het is berekend in onderzoek dat per 100 gram extra gewicht van de schoen 1% meer energie verbruikt wordt. Wedstrijdschoenen voor marathonlopers zijn dan ook zonder uitzondering licht van gewicht, tussen de 200 en 250 gram per schoen.
HET ONDERZOEK
De Nike Zoom Vaporfly 4% is een lichte schoen, maar daarin onderscheidt deze schoen zich niet van andere wedstrijdschoenen. Kenmerkend aan de schoen is dat het een dikke schuimrubber tussenzool heeft (Pebax, polyamide elastomeer) en een carbonplaat over de volle lengte van de schoen in de tussenzool, waardoor de buigstijfheid groter is (zie afbeelding 2).
Afbeelding 2. De opbouw van de zool van de Nike Vaporfly schoen. Afbeelding, met toestemming van de auteurs, uit Hoogkamer et al.1
Amerikaanse en Nederlandse wetenschappers hebben bij een groep van 18 subtopatleten onderzocht welke effecten deze Nike schoen heeft op de loopefficiëntie ten opzichte van de toen geldende topwedstrijdschoenen, de Adidas Adizero Adios BOOST 2 (waarop het toen geldende wereldrecord op de marathon is gelopen) en de Nike Zoom Streak 6.1 De 18 atleten hadden allen een 10km tijd onder de 31 minuten in de benen. Het energieverbruik werd gemeten met ademgasanalyse tijdens het lopen op een lopende band, bij 3 verschillende loopsnelheden (14, 16 en 18 km/u) en het dragen van de testschoenen in willekeurige volgorde. Het aanwezige verschil in gewicht tussen de schoenen werd opgeheven door gewicht toe te voegen aan de lichtste schoen, zodat eventuele verschillen in energieverbruik niet toegeschreven konden worden aan verschil in schoengewicht.
DE UITKOMSTEN
De tests op de loopband lieten overduidelijk zien dat er winst geboekt werd in de loopefficiëntie bij het dragen van de Nike Zoom Vaporfly 4% (zie afbeelding 3).
Afbeelding 3. De uitkomsten van het onderzoek. Gemiddelde (zwarte lijn) en individuele (grijze lijnen) energieverbruik voor de Nike Streak (NS), Adidas Boost (AB) en Nike Vaporfly (NP) schoenen. Afbeelding, met toestemming van de auteurs, uit Hoogkamer et al.1
Gemiddeld bleek deze schoen bij de 18 testlopers een 4% lager energieverbruik te geven dan de andere 2 testschoenen bij een gegeven loopsnelheid en dit effect was consistent voor de 3 verschillende loopsnelheden. Dit gemiddelde effect verklaart de naam van deze schoen. Elk van de 18 hardlopers had voordeel van de Nike Vaporfly en dit voordeel varieerde tussen 1.6% en 6.3% in energieverbruik. De verklaring voor deze uitkomsten ligt in de veerkracht van het schuimrubber en de werking van de carbon plaat in de Vaporfly schoen.2 Tests van de mechanische eigenschappen van de tussenzool lieten interessante uitkomsten zien (zie afbeelding 4).
De zool van de Nike Vaporfly is dikker dan van de andere schoenen en deformeert meer bij indrukken met dezelfde kracht. Dit zorgt ervoor dat er meer mechanische energie opgeslagen kan worden in die tussenzool (indrukbaarheid, compliantie). Daarnaast blijkt de zool van de Vaporfly een groter percentage van deze opgeslagen energie terug te geven aan de loper (veerkracht): in totaal wordt door deze effecten twee keer zoveel mechanische energie teruggegeven als bij de andere 2 schoenen. De carbonplaat in de schoen heeft zowel effect op het enkelgewricht als op het metatarsale-phalangeale (voorvoet, MTP) gewricht. Rond de enkel zorgt de plaat ervoor dat bij eenzelfde loopsnelheid de hoeksnelheid waarmee de enkel buigt en strekt lager ligt waardoor het vermogen dat geleverd moet worden lager is. Deze effecten zijn nog groter bij het MTP gewricht: de stijfheid van de carbon plaat zorgt voor minder buiging van het MTP gewricht (de tenen buigen minder) in de afzetfase. De buigsnelheid is ook een stuk lager waardoor het geleverde vermogen een stuk kleiner is en energie bespaard wordt.
Deze laatste effecten zijn vergelijkbaar met hoe een zoolverstijving in een orthopedische schoen werkt: de voorvoet wordt minder gebogen en met een lagere snelheid en het aangrijpingspunt van de kracht op de voet ligt verder naar achteren waardoor de belasting op de spieren rond de enkel en het MTP gewricht lager is en waardoor bijvoorbeeld de druk op de voorvoet bij een zoolverstijving lager is.3 Een interessante ontwikkeling dus waarbij een fenomeen dat in de orthopedische schoentechniek al langer bekend is en toegepast wordt, nu ook in hardloopschoenen wordt toegepast en effectief blijkt te zijn. Dit onderzoek was van 2017 en ondertussen is er al een volgende versie van de Nike Zoom Vaporfly op de markt gebracht: de Next%. Deze zou nog extra energiewinst moeten opleveren, wat de naam van de schoen verklaart, al is dit niet in onafhankelijk wetenschappelijk onderzoek aangetoond. Rond de eigenschappen van deze schoen is in de media een hoop te doen geweest,4 waardoor sommigen beweren dat er oneigenlijk voordeel wordt verkregen door de schoen. De schoen is echter wel door de internationale atletiekfederatie IAAF goedgekeurd voor officiële wedstrijden en elke loper heeft toegang tot de schoen. Het is een interessante ontwikkeling op hardloopschoenengebied, waaraan een duidelijke wetenschappelijke basis ten grondslag ligt en een vleugje orthopedische schoentechniek.
REFERENTIES 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. Sports Med 2018; 48(4): 1009-19. 2. Hoogkamer W, Kipp S, Kram R. The Biomechanics of Competitive Male Runners in Three Marathon Racing Shoes: A Randomized Crossover Study. Sports Med 2019; 49(1): 133-43. 3. Zwaferink JB, Custers W, Paardekoper I, Berendsen H, Franssen I, Bus SA. Een zoolverstijving in de buitenzool voor een betere drukverdeling bij mensen met diabetes. Orthopedische Techniek, uitgave december 2017, pp 14-15. 4. Burns GT, Tam N. Is it the shoes? A simple proposal for regulating footwear in road running. Br J Sports Med 2019.