De fysiologie van Eliud Kipchoge en zijn ‘Breaking2’ hazen

Het is inmiddels al weer 1 jaar geleden dat Eliud Kipchoge in Wenen slaagde in zijn missie om de 2 uur barriere voor de marathon te slechten. Atletiekliefhebbers over de hele wereld waren op 12 oktober 2019 aan de buis gekluisterd om ademloos en vol bewondering te genieten van zijn grensverleggende resultaat met een fantastische 1:59:40.6. Wat een geweldenaar.

In een eerder artikel hebben we deze prestatie al eens geanalyseerd en geconstateerd dat Eliud en zijn team van 41 hazen en begeleidingsstaf een unieke en historische prestatie hebben geleverd.

Recent is een interessante wetenschappelijke studie gepubliceerd van de fysiologische onderzoeken die zijn verricht aan het team van Eliud en zijn hazen. Alex Hutchinson van Sweat Science heeft de resultaten hiervan samengevat en geanalyseerd op zijn website. Wij hebben de data van de studie zelf ook gebruikt om de prestatie van Eliud nog eens te evalueren en te bezien in het kader van ons hardloopmodel.

In onze boeken Hardlopen met Power! en The Secret of Running hebben we laten zien dat je marathon tijd bij ideale omstandigheden (vlak en hard parcours, weinig bochten bij ideaal weer, dus geen wind en lage temperatuur) afhankelijk is van de volgende factoren:

1. Je VO₂ max (dus het vermogen van je menselijke motor)
2. Je uithoudingsvermogen (dus het percentage van de VO₂ max/het vermogen dat je kunt volhouden gedurende de marathon)
3. Je loopefficiency (dit is je energieverbruik per km, dit is afhankelijk van loopstijl, lichaamsbouw en ook je schoenen)
4. De luchtweerstand (dit is lager als je achter hazen loopt of in een groepje)

Het mooie is dat de eerste 3 parameters diepgaand geanalyseerd zijn in het bovengenoemde onderzoek. Hierbij zijn 16 toplopers van Nike’s ‘Breaking2’ marathon project onderzocht in het laboratorium en op de baan. De lopers waren voornamelijk afkomstig uit Kenia en Ethiopië en hadden een gemiddelde PR van 1:00:04 op de halve marathon en 2:08:40 op de hele marathon (dit laatste getal is wat minder doordat Zersenay Tadese nog geen snelle marathon had gelopen). De gegevens zijn geanonimiseerd, dus we kennen niet de individuele data van Eliud Kipchoge. Men heeft op klassieke wijze het zuurstofverbruik gemeten, niet alleen voor de bepaling van de VO₂ max, maar ook tijdens testlopen met een snelheid van 21,1 km/u!

VO₂ max

Het meest opvallende resultaat van het onderzoek is dat de gemiddelde VO₂ max van deze toplopers “maar” 71 ml/kg/min was. Voor dergelijke toplopers zou een hogere waarde voor de hand gelegen hebben. De maximale gemeten waarde was 84 ml/kg/min, dus we nemen aan dat dit Eliud Kipchoge was. Op internet zijn diverse websites te vinden waar een overzicht gegeven wordt van de hoogste waarden van de VO₂ max die ooit gemeten zijn.

Onderstaande tabel geeft hiervan een samenvatting:

De tabel laat zien dat de waarde van 84 ml/kg/min weliswaar hoog is, maar niet exceptioneel. Incidenteel zijn nog wel hogere waarden gemeten, vooral bij wielrenners en crosscountry skiërs. Hierbij dient tevens opgemerkt te worden dat van Oskar Svendson bekend is dat zijn VO₂ max wel uitzonderlijk hoog was, maar dat dit ten koste ging van zijn metabole rendement (dat lager was dan de normale waarde van 25%).

In Hardlopen met Power! hebben we aangetoond dat je het vermogen P van je menselijke motor kunt uitrekenen met de volgende formule:

Dit betekent dus dat Eliud Kipchoge een vermogen heeft 84*0,0815= 6,84 Watt/kg.

Dit vermogen geldt bij de duur van de VO₂ max test, dus 10 minuten. Je kunt dit vermogen vergelijken met de topwaarden van profwielrenners die bij korte cols gedurende 10 minuten soms vergelijkbare waarden behalen. Omdat Eliud 56 kg weegt is zijn totale vermogen dus 6,84*56 = 383 Watt, eveneens gedurende 10 minuten.

Uithoudingsvermogen

Het tweede bijzondere (zij het misschien iets minder opvallende) resultaat van de studie is dat deze toplopers een exceptioneel uithoudingsvermogen hebben. Zij bleken in staat te zijn om de marathon te lopen met een vermogen van 88% van hun VO₂ max! Dit is echt heel bijzonder, voor gewone lopers is 84% al een knappe waarde en vele lopers komen tijdens de marathon niet verder dan 75-80% van hun VO₂ max.

Als we de 88% aanhouden, betekent dit dat Eliud de marathon heeft gelopen met een vermogen van 0,88*6,84 = 6,02 Watt/kg ofwel 0,88*383 = 337 Watt.

Loopeffciency/energieverbruik

Het derde bijzondere (zij het eveneens iets minder opvallende) resultaat van de studie is dat deze toplopers een hele efficiënte loopstijl hebben. Ze gebruiken maar weinig zuurstof en dus energie per km. Het gemiddelde zuurstofverbruik bedroeg slechts 191 ml/kg/km. Dit komt overeen met een netto energieverbruik van 0,93 kJ/kg/km. Voor gewone lopers is een waarde van 0,98 kJ/kg/km al mooi en waarden van 1,10 kJ/kg/km en hoger komen veel voor bij minder getrainde lopers. Waar je de VO₂ max kunt vergelijken met het vermogen van je menselijke motor kun je het energieverbruik vergelijken met het benzineverbruik. Deze toplopers loper dus met recht heel zuinig en kunnen daarom ook harder lopen met hun VO₂ max! In Wenen liep Eliud bovendien met de nieuwste Nike Alphafly schoenen. Volgens Nike waren het de snelste schoenen die ooit zijn gemaakt. Dit zal ook een positief effect gehad hebben op het energieverbruik.

De luchtweerstand

Het reduceren van de luchtweerstand is beslist een belangrijke succesfactor geweest bij de superprestatie in Wenen. Eliud kreeg hulp van vijf teams met elk zeven hazen die afwisselend Eliud uit de wind hielden. In het gezelschap hazen bevonden zich diverse wereldkampioenen. De hazen liepen in een verrassende V-formatie. De captain van het team liep voor Eliud, met schuin links en rechts voor de captain 4 hazen. Links en rechts achter Eliud liepen de zesde en zevende haas. Ook maakte men gebruik van een laser pacer car, die 15 meter voor de groep uit reed, zodat de luchtstroming optimaal was. Vanaf de auto werden laserlijnen op het wegdek geprojecteerd als hulpmiddel voor de hazen om het juiste tempo aan te houden. Op het wegdek waren lijnen getrokken waar tussen gebleven moest worden. Iets teveel naar links of rechts lopen zou al nadeel opleveren. De foto laat mooi zien hoe de formatie met het Eliud in hun midden eruit zag en waar het volgende team hazen zich opstelde voor de aflossing.
Bij het ontwerp van deze formatie is gebruik gemaakt van de kennis en testfaciliteiten van professor Bert Blocken van de Technische Universiteit Eindhoven. We schreven hier bij ProRun eerder over.

In ons eerdere artikel hebben we al aangetoond dat al deze maatregelen tot effect hadden dat de luchtweerstand met 33% gereduceerd werd. Als Eliud alleen, dus zonder hazen die hem uit de wind houden, zou lopen taxeren we gezien zijn postuur zijn C_d luchtweerstandswaarde op 0,24 m². In Wenen was zijn C_dA waarde slechts 0,16 m². Met ons model hebben we berekend dat het energieverbruik voor de luchtweerstand hierdoor slechts 0,06 kJ/kg/km bedroeg (dus slechts 6% van het energieverbruik voor de loopbeweging zelf).

Conclusies

Het onderzoek van het Nike ‘Breaking2’ marathon team heeft interessante inzichten opgeleverd voor de fysiologische data van Eliud Kipchoge en zijn hazen. De belangrijkste bevindingen zijn:

1. VO₂ max van 84, dit is hoog maar niet exceptioneel (het overeenkomstige vermogen is 6,84 Watt/kg)
2. Uithoudingvermogen is exceptioneel hoog, 88% van VO₂ max gedurende 2 uur! Het resultaat is dat Eliud de marathon gelopen heeft met een vermogen van 337 Watt.
3. Loopefficiency is zeer hoog, zuurstofverbruik 191 ml/kg/km en energieverbruik 0,93 kJ/kg/km
4. Luchtweerstand is 33% lager door hazen, het energieverbruik voor luchtweerstand is slechts 0,06 kJ/kg/km

We hebben deze data (en de overige data zoals temperatuur, luchtdruk, hoogte en windsnelheid) ingevoerd in ons hardloopmodel. Het resultaat is dat het model een snelheid berekent van 21,2 km/h, dus heel dicht bij de snelheid van 21,1 km/h die Eliud bereikt heeft.