Hoeveel sneller loop je met de Nike Vaporfly?

De ontwikkelingen zien er goed uit. We kunnen weer inschrijven voor hardloopevenementen. Dat blijkt ook uit onderstaande interessante vraag van één van onze fans, namelijk Eddie:

“Met veel plezier lees ik jullie artikelen. Heb een aantal artikelen gelezen over de Stryd en de Nike Vaporfly. De Vaporfly is ongeveer 4% meer efficiënt dan een gewone schoen. Ik loop zelf op de Asics Nimbus. Mijn Critical Power is 324. Ik heb ook de Vaporfly en deze wil ik nu voor het eerst gebruiken voor een snelle 10km. Als ik Stryd Race Calculator volg dan kan ik deze loop met een Power van 322 lopen en dan kom ik uit op rond de 41:30.

Mijn vraag is: wat is nu de impact van de Vaporfly op de power die je loopt. Loop je met dezelfde power sneller op de Vaporfly of kan je op een hogere power lopen? Als het de laatste is kan je dan 4% bij je Critical Power optellen?”

We hebben Eddie inmiddels gemeld dat de Critical Power het vermogen van zijn menselijke motor weergeeft en dus NIET hoger wordt als je snellere schoenen draagt. Hij moet zijn snelle 10-km dus gewoon lopen op het vermogen van 322 watt. Maar doordat het energieverbruik met de Vaporfly wel 4% lager is (voornamelijk door de veerwerking), zal hij bij dat vermogen van 322 watt wel ongeveer 3-4% sneller lopen dan de 41:30!

De vraag van Eddie stimuleerde ons om de huidige kennis en literatuur over de invloed van loopschoenen op je tijden nog eens op een rij te zetten. In het vervolg van dit artikel geven we een overzicht van het energieverbruik bij hardlopen (de zogenaamde ECOR, de Energy Cost of Running) en de factoren die dit beïnvloeden, waaronder de recente ontwikkeling van Carbon-schoenen, zoals de Nike Vaporfly. Een lagere ECOR betekent dat je minder energie verbruikt en bij dezelfde inspanning sneller kunt lopen. Aan het eind van het artikel beantwoorden we de vraag uit de titel.

Hoe hoog is het energieverbruik bij hardlopen?

In ons boek Hardlopen met Power! hebben we op basis van de literatuur in hoofdstuk 7 de volgende tabel opgenomen over het specifieke energieverbruik bij hardlopen op een harde ondergrond (ECOR in kJ/kg/km).

Als we bedenken dat diverse auteurs verschillende methoden gebruikt hebben en ook de omstandigheden verschillend zijn geweest, valt het op dat alle waarden dicht bij het gemiddelde liggen. We concludeerden in Hardlopen met Power! dan ook dat het heel reëel is om verder de rekenwaarde van 0,981 kJ/kg/km aan te houden. Deze waarde is inmiddels de universele standaard geworden die ook door Stryd en andere auteurs gebruikt wordt.

Is het energieverbruik voor iedereen hetzelfde?

Het specifieke energieverbruik is niet voor iedereen en onder alle omstandigheden hetzelfde. Zo wordt regelmatig gesteld dat sommige marathonlopers en met name de Kenianen en Ethiopiërs een zuinige loopstijl en een hoge loopefficiency zouden hebben. Onder de factor loopefficiency vallen vele aspecten, waarvan de afzonderlijke invloed niet expliciet bekend is. Dit zijn onder meer:

1. lengte (klein is beter)
2. lichaamsbouw (lange benen, smalle kuiten, smalle en soepele heupen zijn beter)
3. loopstijl:
   • voetlanding (verend, kort grondcontact, niet op hiel)
   • armzwaai (niet voorlangs)
   • paslengte en pasfrequentie (grote passen, hoge frequentie)
   • verticale oscillatie (effect niet onomstreden)

Met de komst van de Stryd is het mogelijk geworden om je individuele energieverbruik eenvoudig te meten door van een training of wedstrijd je specifieke vermogen (watt/kg) te delen door je snelheid (in m/s): het resultaat van de deling is je ECOR in kJ/kg/km. Let er hierbij wel op dat je – ook bij windstil weer- moet corrigeren voor het vermogen dat nodig is om de luchtweerstand te overwinnen. Dit deel is vrijwel verwaarloosbaar bij lage snelheden maar bij de topatleten kan het 7% of meer bedragen.

Wat is de invloed van je schoenen op je specifieke energieverbruik?

Vanouds is het bekend dat lichte schoenen een voordeel betekenen: in Hardlopen met Power! hebben we berekend dat 100 gram gewichtsverlies een voordeel van 0,25-1,00% oplevert. De meeste wedstrijdschoenen zijn daarom al erg licht, orde van 200 gram.
Uit de literatuur was ook al bekend dat schoenen die gebruik maken van een air-bag en thermoplastische polyurethaanfoam (zoals de Adidas BOOST) de ECOR met orde 1% kunnen verlagen doordat de foam visco-elastisch is en een deel van de landingsenergie teruggeeft.
De werking van Carbon-schoenen zoals de Nike Vaporfly is beschreven door Wouter Hoogkamer et al. (Sports Medicine (2018) 48:1009–1019).

Het geheim van deze schoenen is tweeledig:

1. ze maken gebruik van een carbon-plaat die werkt als een veer
2. ze maken gebruik van meerdere lagen van visco-elastische polymeren (PEBA) met een dikte van 40 mm.

Hoogkamer heeft in het laboratorium gemeten dat de veerwerking van de Vaporfly in staat was om 7.46 joule energie per stap terug te leveren tegenover 3.38 J voor de Nike Zoom Streak en 3.56 J voor Adidas BOOST2. Als we het verschil van 4 J/stap voor een topatleet met een paslengte van 1,5 m delen door 666 stappen/km en een gewicht van 60 kg, komen we op een verlaging van de ECOR van 0,04 kJ/kg/km. Dit komt precies overeen met het 4% lagere energieverbruik dat Nike claimt.

Overigens levert de hoogte van 40 mm ook nog een voordeel op omdat de lengte van het onderbeen als het ware iets toeneemt hetgeen ook een positief effect heeft op de loopefficiency. Uit diverse onderzoeken is ook gebleken dat de paslengte bij de Vaporfly (mede door de veerwerking en de hoogte) iets toeneemt hetgeen ook positief uitwerkt.

Wat voor effect hebben de nieuwe schoenen op de gelopen tijden?

De nieuwe schoenen hebben overduidelijk geleid tot een lawine aan records. Het meest bekend is natuurlijk de fenomenale race van Eliud Kipchoge met zijn 1:59:40 in de INEOS 1:59 Challenge op 12 oktober 2019 (gelopen op Nike Alphafly schoenen). De volgende dag verbeterde Bridget Koskei (eveneens op Nike Alphafly) de 16 jaar oude wereldbesttijd marathon van Paula Radcliffe tot 2:14:04.

Onderstaande tabel toont dat sinds de introductie van de Carbon-schoenen vrijwel alle wereldrecords op deze schoenen verbeterd zijn (Sports Medicine (2021) 51:371–378).

In de onderstaande tabellen hebben we op een rij gezet met hoeveel % de wereldrecords verbeterd zijn sinds de introductie van de Carbon-schoenen. We hebben hiervoor de huidige wereldrecords vergeleken met het wereldrecord dat in 2017 stond.

De percentages verbetering lijken nog bescheiden (althans vergeleken met het 4% lagere energieverbruik) maar hierbij dient bedacht te worden dat de omstandigheden niet overal ideaal geweest zullen zijn en het niveau van sommige oude wereldrecords erg hoog was (zoals die van Kennnisa Bekele en Paula Radcliffe, die duidelijk een klasse apart waren in hun tijd). Illustratief voor dit laatste is ook dat Bridget Koskei het wereldrecord van Paula Radcliffe weliswaar maar met 1% verbeterde, maar haar eigen PR met ruim 3%. Hierbij dient opgemerkt te worden dat een 4% lagere ECOR waarde theoretisch overeenkomt met een iets lagere tijdwinst van 3,4% vanwege de invloed van de luchtweerstand.

Recente studies naar tijdwinst door carbon-schoenen

In de afgelopen tijd zijn 4 interessante studies verschenen over de tijdwinst door Carbon-schoenen:

1. Het World Athletics Report
Zij hebben een analyse gemaakt van het verloop van de beste seizoentijden van de top 20 en de top 100 lopers/loopsters op de 10 km, halve marathon en de hele marathon. Zij concluderen dat sinds de introductie van de carbon-schoenen in 2017 de tijden duidelijk sneller geworden zijn (0.6-1.5% bij de mannen en 1.7-2.3% bij de vrouwen)

2. Het Cornell Report
Zij hebben een analyse gemaakt van de resultaten van 22 Noord-Amerikaanse marathons van 2015 tot 2019. Het bijzondere van deze studie is dat ze gebruik gemaakt hebben van duizenden web-foto’s en video-opnames om te bepalen op welke schoenen de individuele deelnemers liepen. Zij komen tot een voordeel voor de carbon-schoenen van 1.4-2.8% voor mannen en 0.6-2.2% voor vrouwen.

3. Het New York Times Report
Dit is veruit de meest uitgebreide studie. Zij hebben de resultaten bekeken van 577.000 marathons en 496.000 halve marathons in tientallen landen van April 2014 tot December 2019. Zij hebben het effect van de schoenen op 4 manieren onderzocht: met statistische modellen, door te kijken naar groepen lopers die dezelfde race liepen, door te kijken naar lopers die van schoenen gewisseld waren en door te kijken naar de kans om een PR te lopen in een bepaald type schoenen. Hieronder staan de resultaten van de lopers die van schoenen gewisseld waren: een indrukwekkend voordeel van de Vaporfly van zelfs meer dan 4%!

4. Het onderzoek van Hechmann
Dit is een bijzondere eend in de bijt: een solo-onderzoek van een gedreven Deense onderzoeker waar we al eerder over geschreven hebben. Hechmann is gefascineerd door ons boek The Secret of Running en heeft zichzelf gebruikt als proefkonijn. Hij heeft tien paar verschillende schoenen in verschillende gewichtsklassen gebruikt. Hij gebruikte een Stryd en een zuurstofopname apparaat (Cosmed K5). Op een loopband mat hij het specifieke energieverbruik volgens de Stryd (ECOR in kJ/kg/km) en het specifieke zuurstofverbruik (RE in ml O₂/kg/km) gemeten door de Cosmed.

De schoenen zijn ook op de weg getest. Hij vond op de loopband dat afhankelijk van de schoen het zuurstofverbruik verschilde als hetzelfde wattage werd gelopen. Op de weg stelde Hechmann vast dat hij met de Nike Vaporfly (gewicht 200 gram) 8 tot 10 seconden per kilometer sneller was dan bijvoorbeeld met de New Balance More (gewicht 300 gram). Zijn paslengte bij gebruik van de Vaporfly bleek groter dan normaal.

In de volgende opsomming en afbeelding heeft Hechmann zijn onderzoeksresultaten voor de verschillende door hem geteste schoenen (maat US 9½) samengevat.

• 0 % Saucony Munchen (270 gram) en New Balance 1080 (280 gram)
• 1% New Balance More (300 gram)
• 2% New Balance Rebel, (200 gram), New Balance 1400 (200 gram) en Altra Duo (240 gram)
• 3% Newton afstand (240 gram) en Adidas Adizero Takum Zen (180 gram)
• 4% Nike Vaporfly (200 gram)
• 6% Nike Vaporfly Next % (200 gram)

Conclusies en vervolg

1. De Carbon-schoenen hebben onmiskenbaar een groot positief effect op het energieverbruik. De ECOR van Nike Vaporfly is orde 4% lager dan de standaard waarde van 0,98 kJ/kg/km.
2. De tijdwinst van Carbon-schoenen is inmiddels ook bewezen in diverse onderzoeken (en de praktijk). Door de invloed van de luchtweerstand is de tijdwinst iets minder dan 4% (voor toplopers 3,4%)
3. De effecten zijn niet voor iedereen hetzelfde en hangen onder meer af van loopstijl. Zonder zweeffase in je pas heb je niet zoveel aan een responsieve schoen.
4. De effecten zijn afhankelijk van het type en fabricaat van de schoen. Verwacht mag worden dat alle fabrikanten actief zullen worden/blijven in deze technologische wapenwedloop. Dit betekent dat het energieverbruik en de tijdwinst van ieder schoentype afzonderlijk bepaald zal moeten worden (t.o.v. de traditionele schoenen of t.o.v. de nieuwe Vaporfly standaard).

De vraag van Eddie bracht ons op een idee voor een praktische methode om het effect van schoenen te gaan bepalen, namelijk door de gelopen tijd in een wedstrijd te vergelijken met de tijd van de Stryd Race Predictor (die zijn voorspelling baseert op het vermogen van je menselijke motor tijdens de trainingen op trainingsschoenen). Het lagere energieverbruik van de wedstrijdschoenen zou tot uiting moeten komen in een snellere tijd.

Uiteraard spelen ook de omstandigheden een rol, maar bij voldoende data, zoals in Stryd Power Center, zal dit toch tot goede resultaten kunnen leiden. Wij zullen Stryd voorstellen om een dergelijke optie te gaan ontwikkelen.

Je kunt alles over hardlopen op vermogen en het effect van alle factoren op je prestaties uitgebreid nalezen in ons boek Hardlopen met Power!.