Υπερ-παπούτσια και δρομικά ρεκόρ -Τι μας επιφυλάσσει το μέλλον ;

Πριν από αρκετό καιρό δημοσιεύτηκε ένα πολύ ενδιαφέρον ερευνητικό πρωτόκολλο. Σε 34 elite αθλητές ταχύτητας, από διαφορετικούς αθλητικούς συλλόγους των ΗΠΑ και της Λατινικής Αμερικής, διερευνήθηκε η ταχύτητα τρεξίματος σε διαφορετικές καταστάσεις: α)  στο τρέξιμο με τα δικά τους spikes, β-δ) στο τρέξιμο μετά από «ρύθμιση» της επιμήκους ακαμψίας των spikes, εισάγοντας σε αυτά ελάσματα από ανθρακοϊνες (carbon plates) διαφορετικής σκληρότητας (μέτρια, σκληρή, πολύ σκληρή) (εικόνα 1). 

Στηριζόμενοι στα τεκμηριωμένα συμπεράσματα ότι η κάμψη της μεταταρσοφαλαγγικής άρθρωσης (ΜΤΦ) οδηγεί σε απώλεια ενέργειας 48 και 24 Joules στο γρήγορο τρέξιμο και το άλμα αντίστοιχα (Stefanyshyn & Nigg 1997 και 1998), στην εν λόγο έρευνα οι Stefanyshyn και Fusco εξέτασαν 2 υποθέσεις. Πρώτον ότι η ενδεχόμενη μειωμένη κάμψη στην ΜΤΦ, η οποία θα επέλθει από την εισαγωγή των carbon plates, θα περιορίσει την απώλεια ενέργειας (48 Joules στο γρήγορο τρέξιμο) και έτσι θα κάνει τους αθλητές ταχύτερους. Δεύτερον, ότι η συσχέτιση της ταχύτητας τρεξίματος, με τις διαφορετικές δυσκαμψίες των spikes (μέτρια, σκληρή, πολύ σκληρή) και σε σχέση με συγκεκριμένα σωματομετρικά χαρακτηριστικά μεταξύ των αθλητών (μάζα, ύψος, μήκος πέλματος), πιθανών να αποκαλύψει μια φόρμουλα «ρύθμισης» της δυσκαμψίας των spikes, ώστε η αύξηση της απόδοσης να είναι δεδομένη για διαφορετικούς αθλητές. Σε αυτό το σημείο, που πιθανόν έχω ήδη διεγείρει την προσοχή σας, να διασαφηνίσω ότι αυτό το πείραμα δημοσιεύτηκε τον Νοέμβριο του 2004!

Πριν σχολιάσω στα αποτελέσματα της έρευνας, να διασαφηνίσω ότι οι ερευνητές εφάρμοσαν ένα καλά ζυγισμένο πρωτόκολλο. Οι μετρήσεις σκληρότητας των ελασμάτων από ανθρακοϊνες έγιναν με χρήση του τεκμηριωμένου συστήματος πίεσης τριών σημείων, πιστοποιώντας έτσι την απόλυτη επαναληψιμότητα της κάθε κατάστασης δυσκαμψίας στα spikes, ενώ οι αθλητές χρησιμοποίησαν σε όλες τις καταστάσεις τα δικά τους spikes, ώστε να είναι ξεκάθαρο ότι σε κάθε περίπτωση η μεταβολή οφειλόταν στην αύξηση της δυσκαμψίας και όχι σε άλλους παράγοντες (Πχ βάρος, γεωμετρία παπουτσιού, rebound υλικού μεσοσόλας κλπ). Επίσης όλα τα δεδομένα ταχύτητας, συλλέχθηκαν για απόσταση τρεξίματος 20 μέτρων με εκκίνηση το 20^ο μέτρο και τερματισμό το 40^ο μέτρο sprint, σε ευθεία στίβου, από όρθια εκκίνηση και με τον ελάχιστο άνεμο (από ούριο άνεμο -1m/sec, μέχρι κόντρα άνεμο +1m/sec) ώστε να μην υπεισέρχονται και άλλες ενδογενείς και εξωγενείς μεταβλητές στο τελικό αποτέλεσμα.    

Στον μέσο όρο του συνόλου των 34 αθλητών, η τοποθέτηση carbon plates, απέφερε γενική βελτίωση στην ταχύτητα τρεξίματος, αλλά ο βαθμός βελτίωσης δεν ήταν ίδιος για όλους τους αθλητές καθώς ο καθένας αντέδρασε διαφορετικά στις διαφορετικές σκληρότητες ελασμάτων (εικόνα 2). Από τις τρείς διαφορετικές παρεμβάσεις, η μέτρια αύξηση σκληρότητας φάνηκε να είχε τα περισσότερο ωφέλημα αποτελέσματα στο σύνολο των αθλητών (εικόνα 3). Όταν υπολογίστηκε μόνο η καλύτερη επιλογή σκληρότητας carbon plate/ανά αθλητή, ο μέσος όρος βελτίωσής που σημειώθηκε στην ταχύτητα τρεξίματος των αθλητών ήταν 1.2% (εικόνα 4). Αξίζει να σημειωθεί ότι το 25% των αθλητών που βελτιώθηκαν, παρουσίασε αύξηση απόδοσης πάνω από 2% και ότι το μεγαλύτερο ποσοστό ατομικής βελτίωσης έφτασε το 3.6% (εικόνα 5)! Τέλος, η διαφορετική απόκριση του κάθε αθλητή στις διαφορετικές σκληρότητες ανθρακονημάτων, δεν απέδειξε συσχέτιση με τις μεταβλητές «νούμερο παπουτσιού» (μήκος πέλματος), «μάζα» και «ύψος» αθλητή (εικόνα 6). 

Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να μοιραστώ κάποιες σκέψεις. Πρώτον, από την στιγμή που ο κάθε αθλητής φορούσε τα δικά του spikes, οι ερευνητές παρέλειψαν να μετρήσουν την αρχική επιμήκη δυσκαμψία στα παπούτσια του κάθε αθλητή, ώστε να εκτιμήσουν ανά περίπτωση το σύνολο της διαφοράς στις ιδιότητες του υποδήματος. Δεύτερον, παρόλο που εξετάστηκαν elite αθλητές ταχύτητας, δεν μετρήθηκε καθόλου η δύναμη της γαστροκνημίας ανά sprinter, η οποία θεωρείται εξίσου σημαντική στο τελικό αποτέλεσμα του μοχλού που δημιουργεί η αλλαγή της σκληρότητας στο υπόδημα (Hamner & Delp 2013, Willwacher et al 2014). Μπορούμε λοιπόν στο σημείο αυτό να υποστηρίξουμε με σιγουριά ότι εδώ και 17 χρόνια είναι γνωστό ότι τα carbon plates αυξάνουν την απόδοση στο sprint, όμως δεν έχουμε όλα τα δεδομένα ώστε να υποστηρίξουμε μια φόρμουλα «ιδανικής» παραμετροποίησης προς την βέλτιστη αύξηση της απόδοσης ανά αθλητή με διαφορετικά σωματομετρικά χαρακτηριστικά. Όμως μέχρι και σήμερα δεν έχει δημοσιευτεί παρόμοιο ερευνητικό, που να λαμβάνει υπόψιν του όλες τις παραπάνω μεταβλητές. Εάν αναλογιστούμε ότι 17 χρόνια μετά το παραπάνω πρωτότυπο πείραμα σίγουρα έχουμε βελτιωμένα μέσα και τεχνολογία, ώστε να μπορούμε να επεξεργαστούμε πολλές και διαφορετικές μεταβλητές σε ερευνητικά πρωτόκολλα - το ερώτημα που τελικά προκύπτει δεν είναι αν υπάρχει έρευνα, αλλά γιατί δεν έχει δημοσιευτεί ακόμη…. 

Είναι τεκμηριωμένο πλέον πως η προσθήκη ελασμάτων από ανθρακοϊνες στα δρομικά παπούτσια, σε συνδυασμό με τις ιδιότητες της μεσοσόλας, βελτιώνει σημαντικά την δρομική οικονομία (Hoogkamer et al 2017, Roy & Stefanyshyn 2006, Madden et al 2016) και την δρομική απόδοση, ειδικά σε μεγάλες αποστάσεις ως και 4.2% (Barnes & Kilding 2019). Τι σημαίνει όμως αυτό σε σχέση με τα παγκόσμια ρεκόρ που σημειώθηκαν στις μεσαίες και μεγάλες αποστάσεις το 2020? 

Το 2020 (όπως δυστυχώς φαίνεται και για το πρώτο μισό του 2021) ήταν μια ιδιόρρυθμη αθλητική χρονιά. Με κύριο στόχο την εμπόδιση της εξάπλωσης της COVID-19 πανδημίας, επιβλήθηκε παγκοσμίως από όλες τις κυβερνήσεις κοινωνικός αποκλεισμός και ματαίωση μεγάλων αθλητικών διοργανώσεων. Οι elit αθλητές έχασαν τον προγραμματισμό και την αγωνιστική τους ροή, καθώς και το προνόμιο της ομαδικής προπόνησης, με πολλαπλά αποδεδειγμένα για την απόδοση των αθλητών οφέλη. Παρόλα αυτά, σε μεμονωμένες προσπάθειες και χωρίς τον καταλυτικό συναγωνισμό του αγώνα σε κορυφαίες διοργανώσεις, παρά μόνο με την χρήση «λαγών» και οπτικής σηματοδότησης ρυθμού τρεξίματος, σημειώθηκαν παγκόσμια ρεκόρ σχεδόν σε πολλές αποστάσεις από άντρες και γυναίκες δρομείς (Cheptegei, Gidey). Και διερωτώμαι από την δική μου οπτική γωνία, τελικά υπήρξαμε μάρτυρες αποκλειστικά ατομικών αθλητικών προσπαθειών ή πολύ καλά μελετημένων πειραμάτων, με χρήση παπουτσιών κομμένων και ραμμένων στα μέτρα αθλητών με πολλές δυνατότητες ?      

Οι Hopkins και συνεργάτες (1999) πρότειναν ότι η μικρότερη βελτίωση απόδοσης που ευνοεί έναν ελίτ αθλητή, είναι το 0.4 – 0.7% της ατομικής διακύμανσης της απόδοσης μεταξύ αγώνων. Εάν εστιάσουμε αποκλειστικά στα πολύ γενικά συμπεράσματα του πειράματος με την εισαγωγή carbon plates στα spikes των sprinters, ο μέσος όρος βελτίωσης  στην απόδοση όλων των αθλητών από το έλασμα μεσαίας σκληρότητας – χωρίς καμία εξειδικευμένη παρέμβαση ανά αθλητή - ήταν ήδη 0,69%! Αναλογιζόμενοι όλα τα παραπάνω και καμιά 20αριά συνολικά χρόνια συνεργασίας των μεγάλων εταιριών με δρομείς πολύ υψηλού επιπέδου, αναμένω να δω μάχες για μετάλλια σε άλλο επίπεδο το 2021 σε όλα τα αγωνίσματα τρεξίματος και αλμάτων. Το μόνο που πρέπει να ευχόμαστε όλοι, πάνω από όλα για το καλό της ανθρωπότητας, είναι να δημιουργηθούν οι προϋποθέσεις στην παγκόσμια υγεία ώστε να πραγματοποιηθεί η πολύ-αναμενόμενη Ολυμπιάδα. Τα ρεκόρ τα θεωρώ δεδομένα.

Γράφει ο Στέλιος Πετρούτσος, PT., MSc Applied Lower Limb Biomechancs

English ...

Super-shoes and running records - What the future holds?

Let's go back in time so that we can "see" the future… a very interesting research protocol was published some time ago. According to that experiment, in 34 elite sprinters from different sports clubs in the USA and Latin America, the running speed in different situations was investigated: a) running with their own spikes, b-d) running after "adjusting" the elongated stiffness of the spikes, by inserting into them carbon plates of different hardness (medium, hard, very hard) (figure 1).

Based on the conclusive findings that flexion of the metatarsophalangeal joint (MTF) leads to energy loss of 48 and 24 Joules in fast running and jumping respectively (Stefanyshyn & Nigg 1997 and 1998), in this study Stefanyshyn and Fusco examined 2 cases. First, the possible reduced dorsi-flexion in the MTF, which will occur from the introduction of carbon plates, would reduce energy loss (48 Joules in fast running) and thus make athletes faster. Second, that the correlation of running speed, with the different stiffnesses of the spikes (moderate, hard, very hard) and in relation to specific somato-metric characteristics between athletes (mass, height, tread length), is likely to reveal a "regulation" formula of the stiffness of the spikes, so that the increase in performance is a given for different athletes. At this point, which I have probably already aroused your attention, I would like to let you know that this experiment was published in November 2004!

Before commenting on the results of the research, I would like to recognize that the researchers applied a well-balanced protocol. The hardness measurements of the carbon fiber plates were made using the documented three-point pressure system, thus certifying the absolute repeatability of each stiffness situation in the spikes, while the athletes used their own spikes in all situations, so that it is clear that in each case the change was due to the increase in stiffness and not to other factors (eg weight, shoe geometry, midsole rebound properties etc.). Also, all speed data were collected for a running distance of 20 meters starting at the 20th meter and finishing at the 40th meter sprint, in a straight track, from an upright start and with the minimum wind (from evening wind -1m / sec, to headwind + 1m / sec) so that no other endogenous and exogenous variables are interfered in the final data.

In average all 34 athletes, the placement of carbon plates resulted in an overall improvement in running speed, but the degree of improvement was not the same for all athletes as each subject reacted differently to the various carbon plate stiffnesses (Figure 2). Of the three different interventions, the moderate increase in stiffness appeared to have the most beneficial results in all athletes (Figure 3). When only the best choice of carbon plate hardness / per athlete was calculated, the average improvement in athlete running speed was 1.2% (Figure 4). It is worth noting that 25% of the athletes who improved, showed an increase in performance of more than 2% and that the highest percentage of individual improvement reached 3.6% (Figure 5)! Finally, the different response of each athlete to the different carbon fiber stiffness degrees did not show a correlation with the variables "shoe size" (foot length), "mass" and "height" of the athlete (Figure 6). . At this point I would like to share some thoughts. First, since each athlete wore their own spikes, the researchers failed to measure the initial elongated stiffness in each athlete's shoes in order to assess on a case-by-case basis the total difference in shoe properties. Second, although elite speed athletes were examined, gastrocnemius force per sprinter was not measured at all, which is considered equally important in the end result of the lever created by the change in stiffness in the shoe (Hamner & Delp 2013, Willwacher et al 2014). So we can confidently say at this point that carbon plates have been known to increase sprint performance for 17 years, but we do not have all the data to support an "ideal" parameterization formula for optimal performance per athlete with different somatometric characteristics. However, to date no similar research has been published, which takes into account all the above variables. If we consider that 17 years after the above original experiment we certainly have improved means and technology so that we can process many different variables in research protocols - the question that eventually arises is not whether there another research, but why it has not been published yet…

It is now well documented that the addition of carbon fiber sheets to road shoes, combined with the properties of the midsole, significantly improves Running Economy (Hoogkamer et al 2017, Roy & Stefanyshyn 2006, Madden et al 2016) and Running Performance, especially in long distance running up to 4.2% (Barnes & Kilding 2019). But what does this mean in relation to the world records set in the medium and long distances in 2020?

2020 (as it unfortunately seems for the first half of 2021 also) was a quirky sports year. With the main goal of preventing the spread of the COVID-19 pandemic, social exclusion and the cancellation of major sporting events were imposed by all governments worldwide. Elite athletes have lost their planning and competitive flow, as well as the privilege of team training, with multiple proven benefits for athlete performance. Nevertheless, in individual efforts and without the catalytic competition of the race in top competitions, except with the use of pacers and visual signaling for running pace, world records were set in almost all medium and long distances by male and female runners. And I wonder from my point of view, have we finally witnessed exclusively individual athletic endeavors or very well design experiments, using shoes which are “cut and sewn” to the measures of athletes with established physical possibilities?

Hopkins et al. (1999) suggested that the smallest performance improvement that favors an elite athlete is 0.4-0.7% of the individual performance variation between races. If we focus exclusively on the very general conclusions of the experiment with the introduction of carbon plates in the spikes of the sprinters, the average improvement in performance of all athletes from the medium plate stiffness - without any specialized intervention per athlete - was already 0.69%! Considering all the above and some 20 years of total cooperation of large shoe companies with elite runners, I expect to see medal battles on another level in 2021 in all running and jumping events. The only thing we should all wish for, above all for the good of humanity, is to create the conditions for world health in order for the long-awaited Tokyo Olympics to take place. I take records for granted!