Mało który entuzjasta biegania nie słyszał jeszcze o tzw. karbonowych butach do biegania – na starcie każdego większego biegu można w dzisiejszych czasach zobaczyć biegaczy zaopatrzonych w obuwie z karbonową płytką zatopioną w podeszwie. W mocy tej technologii swoje nadzieje pokładają biegacze zarówno początkujący, jak i bardzo zaawansowani. To, iż takie buty pozwalają poprawiać wyniki sportowe, zostało już całkiem dobrze zbadane. Czy wiemy jednak dokładnie w jaki sposób się to dzieje?
Jak to się wszystko zaczęło
Na początku warto wspomnieć, iż już w roku 1990 amerykański producent obuwia sportowego Brooks wypuścił model butów biegowych Fusion, który miał w podeszwie karbonową wkładkę, porównywaną w broszurach reklamowych do tyczki wykorzystywanej w skoku o tyczce. Rynek nie potraktował jednak tej nowinki na poważnie, aż do roku 2017, kiedy temat butów karbonowych eksplodował za sprawą wprowadzonego na rynek przez Nike modelu Vaporfly. Zapoczątkował on nowe rozdanie w świecie butów biegowych – dziś praktycznie każdy producent biegowego obuwia ma swój model z „napędem karbonowym”.
Pierwsze badania naukowe
Wprowadzając na rynek model Vaporfly Nike zadbał o stosowną PR-ową otoczkę naukową – zostało wtedy opublikowane badanie[1], w ramach którego przeanalizowano wpływ obuwia na koszt energetyczny biegu 18 zaawansowanych biegaczy. Przebieg badania był stosunkowo prosty – w trzech oddzielnych próbach (każda z nich na innej prędkości – 14, 16 i 18 km/h) każdy z biegaczy biegł na bieżni elektrycznej po dwa 5-minutowe odcinki w trzech różnych parach butów, z których jednymi były właśnie Nike Vaporfly. W trakcie biegu mierzony był poziom wdychanego tlenu i wydychanego dwutlenku węgla (pomiar ekonomii biegu).
W wyniku pomiarów stwierdzono, iż dla przeciętnego uczestnika badania koszt energetyczny biegu (zwany często ekonomią biegu) był o 4% niższy, gdy biegli w butach Nike Vaporfly, w porównaniu z dwoma pozostałymi modelami obuwia (były to Nike Zoom Streak 6 oraz Adidas Adizero Boost 2). Ponadto bieg w butach karbonowych charakteryzował się wydłużonym o 0,6% czasem kontaktu z podłożem (tzw. GCT), zmniejszoną o 0,6-0,8% kadencją oraz szczytową siłą reakcji podłoża zwiększoną o 1,1%.
Karbonowa wkładka = sprężyna pod nogą?
W wypowiedziach na temat butów karbonowych często można spotkać się z opisami ich działania, które sugerują, iż działają one podobnie do sprężyny. Interpretacja taka wskazuje na to, iż w fazie podporowej, w trakcie przetaczania, wkładka z włókna węglowego odkształca się, po czym w końcowej fazie odepchnięcia „oddaje” skumulowaną energię. Takie wyjaśnienie mechanizmu działania karbonowych butów jest intuicyjnie łatwe do zrozumienia, ale czy na pewno w pełni wyjaśnia ono korzyści wynikające ze startów w takim obuwiu?
Zbadania tej kwestii podjęli się naukowcy z University of Massachusetts[2]. Wykorzystali do tego niezwykle kreatywną metodę badawczą – na próbie 15 biegaczy przetestowali oni dwie wersje wspomnianych wcześniej butów modelu Nike Vaporfly. Jedna z nich była standardowym butem, bez jakiejkolwiek modyfikacji, druga zaś miała wykonane 6 nacięć w przedniej części podeszwy (prostopadłych do kierunku biegu), które naruszały integralność karbonowej płytki (de facto dzieląc ją na 7 osobnych płytek). Wyniki będą dla wielu osób zaskakujące – buty z pociętą płytką wpływały na ekonomię biegu w praktycznie identyczny sposób jak te niezmodyfikowane. Jednymi z niewielu znaczących statystycznie różnic w pomiarach parametrów biegu był nieznacznie wydłużony kontakt z podłożem występujący w wypadku biegu w nienaruszonych Nike Vaporfly oraz zmniejszony kąt w stawie śródstopno-paliczkowym pierwszym (nasada dużego palca). W praktyce oznacza to, iż kluczem do sukcesu butów z płytką nie jest jedynie zwiększona sztywność podeszwy mierzona wzdłuż jej długości, co miałoby odpowiadać za „efekt sprężyny”.
Najczęściej wskazywana przez badaczy hipoteza wyjaśniającą wspomagające adekwatności butów karbonowych jest nieco bardziej złożona niż „teoria sprężyny”. Kluczem mechanizmu działania takiego obuwia jest według tej hipotezy pianka, z której wykonana jest podeszwa. W wyniku zatopienia w niej sztywnej i sprężystej płytki pianka miałaby efektywniej „pracować”, ponieważ w wyniku nacisku na konkretny obszar podeszwy zgniatałaby się ona bardziej równomiernie, na większej powierzchni. Na ten moment ciężko znaleźć jednak badania, które weryfikowałyby opisaną wyżej hipotezę. Jedno wiadomo na pewno – rzeczywisty mechanizm działania butów karbonowych jest bardziej skomplikowany, niż mogłoby się to wydawać na podstawie prostej intuicji.
Wymierne korzyści z biegania w karbonie
O ile ciężko wypowiadać się z dużą pewnością co do tego, jaki dokładnie jest mechaniczny sposób działania opisywanej technologii, o tyle z dość dużym przekonaniem można powiedzieć, iż jest ona skuteczna – badań na temat poprawy wyników w wyniku biegania w butach z płytką węglową jest naprawdę niemało. Poniżej można znaleźć opis oraz wyniki trzech przykładowych badań, podsumowane w postaci tabeli.
| [3] 3 próby maksymalne biegu na 3km na bieżni mechanicznej (7 dni przerwy między próbami). Porównanie ekonomii oraz czasu biegu w Nike Vaporfly z biegiem w obuwiu treningowym, w których uczestnicy biegają na co dzień na podstawie wyniku na tym samym dystansie (3km). | 18 biegaczy amatorów (poziom 20-25min na 5km) | Wynik w Nike Vaporfly był o średnio 16,6 sekundy (2,4%) lepszy, ekonomia biegu 4,3% lepsza. | 2022 |
| [4] 4 biegi 5-minutowe na bieżni mechanicznej – jeden próbny, 2 na stałych prędkościach (14 i 18km/h dla mężczyzn, 14 i 16km/h dla kobiet), jedna próba VO2max. Porównanie ekonomii biegu w Nike Vaporfly i Adidas Adizero Adios 3 na podstawie pomiaru zużycia tlenu i wydychanego dwutlenku węgla. | 24 biegaczy amatorów (12 kobiet, 12 mężczyzn) | Skorzystanie z Nike Vaporfly skutkowało ekonomią biegu lepszą o średnio 4,2% (ą1,2%). | 2019 |
| [5] 6-minutowe odcinki biegane na bieżni mechanicznej, przy prędkości odpowiadającej 75% tempa VO2max dla zawodowych biegaczy (średnio 17km/h) i 70% tempa VO2max dla amatorów (średnio 13km/h). Porównanie płaskich startówek (tzw. flat) bez płytki karbonowej z 3 modelami butów z płytką karbonową. | 14 biegaczy – 7 amatorów, 7 kenijskich biegaczy światowej klasy | Ekonomia biegu lepsza w butach karbonowych o średnio 3,5-5% (w zależności od modelu) dla amatorów, 0-2% dla zawodowców | 2023 |
Na podstawie przedstawionych wyżej wyników badań, można z dużą dozą pewności stwierdzić, iż bieganie w butach z karbonową płytką powinno pomóc przeciętnemu biegaczowi w polepszeniu swoich osiągów sportowych. Nie jest oczywiście możliwe dokładne określenie stopnia, w jakim takie obuwie może nas przyspieszyć, jednak należy zaznaczyć, iż nie jest to sprzęt zarezerwowany jedynie dla zawodowców – biegacze biegający wolniej również skorzystają z jego dobrodziejstw.
PRAGUE, CZECH REPUBLIC – SEPTEMBER 05: Peres Jepchirchir smashes the women’s only Half Marathon World Record at the RunCzech Prague race this morning, wearing adizero adios pro – adidas’ fastest ever running shoe. She set a new World Record breaking time of 1:05:34h on September 5, 2020 in Prague, Czech Republic. (Photo by Reinaldo Coddou H./Reinaldo Coddou H./Getty Images for Hill+Knowlton Strategies / adidas)Jest jednak pewien haczyk – nie dla każdej prędkości biegu pozytywny wpływ obuwia karbonowego na osiągi będzie taki sam. W badaniu z 2023 roku[6] naukowcy z dwóch uniwersytetów w USA przebadali wpływ butów karbonowych na zużycie tlenu w trakcie biegu o prędkości znacząco niższej niż w badaniu Nike z 2017 roku – przetestowali oni bowiem biegaczy na prędkościach 12km/h (tempo 5:00/km, odpowiadające wynikowi w maratonie ~3:31) oraz 10km/h (tempo 6:00/km, maraton w ~4:13). Z pomiarów zużycia tlenu 16 amatorów wynikło, iż korzyść płynąca z używania takiego obuwia spada wraz z malejącą prędkością biegu (spadek zużycia tlenu o 1,4% w wypadku biegu z prędkością 12km/h oraz 0,9% dla 10km/h).
Podsumowanie
Buty karbonowe zdają się być uniwersalną „tajną bronią”, z której skorzystać może niemal każdy biegacz. Nie dla wszystkich będzie się to wiązało z takimi samymi korzyściami, jednak dla biegaczy chcących zmaksymalizować szansę na życiówki będą one pomocnym narzędziem. Wraz z upływem czasu i powszechnieniem opisanej w artykule technologii, buty z „karbonowym napędem” będzie można kupić za coraz bardziej przystępne kwoty, co oznacza, iż coraz więcej osób będzie mogło spróbować biegania w butach, które niegdyś były zarezerwowane dla zawodowców.
[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 Apr;48(4):1009-1019. doi: 10.1007/s40279-017-0811-2. Erratum in: Sports Med. 2017 Dec 16;: PMID: 29143929; PMCID: PMC5856879.
[2] Healey LA, Hoogkamer W. Longitudinal bending stiffness does not affect running economy in Nike Vaporfly Shoes. J Sport Health Sci. 2022 May;11(3):285-292. doi: 10.1016/j.jshs.2021.07.002. Epub 2021 Jul 17. PMID: 34280602; PMCID: PMC9189697.
[3] Hébert-Losier K, Finlayson SJ, Driller MW, Dubois B, Esculier JF, Beaven CM. Metabolic and performance responses of male runners wearing 3 types of footwear: Nike Vaporfly 4%, Saucony Endorphin racing flats, and their own shoes. J Sport Health Sci. 2022 May;11(3):275-284. doi: 10.1016/j.jshs.2020.11.012. Epub 2020 Nov 29. PMID: 33264686; PMCID: PMC9189709.
[4] Barnes KR, Kilding AE. A Randomized Crossover Study Investigating the Running Economy of Highly-Trained Male and Female Distance Runners in Marathon Racing Shoes versus Track Spikes. Sports Medicine (Auckland, N.Z.). 2019 Feb;49(2):331-342. DOI: 10.1007/s40279-018-1012-3. PMID: 30374945.
[5] Knopp, Melanie & Muñiz-Pardos, Borja & Wackerhage, Henning & Schönfelder, Martin & Guppy, Fergus & Pitsiladis, Yannis & Ruiz, Daniel. (2023). Variability in Running Economy of Kenyan World-Class and European Amateur Male Runners with Advanced Footwear Running Technology: Experimental and Meta-analysis Results. Sports medicine (Auckland, N.Z.). 53. 10.1007/s40279-023-01816-1.
[6] Joubert DP, Dominy TA, Burns GT. Effects of Highly Cushioned and Resilient Racing Shoes on Running Economy at Slower Running Speeds. International Journal of Sports Physiology and Performance. 2023;18(2):164-170. doi:10.1123/ijspp.2022-0227
.png)
