Wetenschap

Wat is nodig om knetterhard op de 1500 meter én de 10 kilometer te lopen?

(by filip bossuyt from Kortrijk, Belgium [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)])

Tijdens de afgelopen WK atletiek deed Sifan Hassan wat geen enkele atleet eerder lukte: ze won goud op de 1500 én de 10.000 meter. Het is een ‘onmogelijke’ combinatie volgens velen. Waarom eigenlijk?

Stel je eens voor. Je koopt een fonkelnieuwe sportauto die je direct eens goed wil testen. Je hebt een mooi stuk lege Duitse snelweg voor je, drukt je voet stevig op het gaspedaal en hop, je zoeft weg. In no time zit je boven de 200 kilometer per uur. Wauw, dit gaat hard! Je voelt je hart tekeer gaan vanwege de adrenalinerush. Maar de kick blijkt van een hele korte duur. Want net zo hard weer zie je je snelheid afnemen: 190, 160, 140, 110 lees je op het dashboard af. Na tien minuten is de snelheid min of meer stabiel. Maar met 100 kilometer per uur over de Duitse Autobahn te moeten tuffen, dat is niet waarvoor je een sportwagen aangeschaft hebt.

Hoewel de menselijke motor vaak met die van een auto wordt vergeleken, is dit het scenario wanneer zich onder de motorkap van je auto een stel longen, een hart en een massa spieren zouden bevinden. De menselijke motor is niet geschikt om continu op volle kracht te draaien. De winnende tijden bij het afgelopen WK in Doha maken dit in één oogopslag duidelijk. Als Steven Gardiner, die wereldkampioen op de 400 meter in 43,38 seconden werd, in staat zou zijn geweest om zijn afstand met de snelheid waarmee Christian Coleman zijn 100 meter afraffelde te rennen (en daarbij vergeten we voor het gemak dat Coleman vanuit stilstand begon), dan was de Bahamaanse atleet uitgekomen op 4 x 9,76 =  39,04 seconden, en was Muktar Edris, wereldkampioen op de 5000 meter in 12 minuten en 58,85 seconden, in Colemans tempo al na 8 minuten en een beetje de finish gepasseerd. Ook Sifan Hassan liep de finale van de 1500 meter in een hogere versnelling dan ze een week eerder op de 10 kilometer deed. Met een gemiddelde snelheid van 23,3 kilometer per uur tijdens de 1500 meter finale en 19,8 kilometer per uur tijdens de 10 kilometer, rende ze op de kortere afstand al gauw 15% harder.

Hoe langer de afstand, hoe groter het verval dus. Het is een exponentiële afname in snelheid -in percentage (ten opzichte van de 100 meter), bij de mannen in Doha: 1,6% (200 meter), 10% (400 meter), 24% (800 meter), 30% (1500 meter), 37% (5 kilometer), 39% (10 kilometer); bij de vrouwen: 2,1% (200 meter), 11% (400 meter), 27% (800 meter), 31% (1500 meter), 38% (5 kilometer), 41% (10 kilometer)-.

 

Energielevering

De oorzaak voor de in de tijd steeds trager draaiende lichaamsmotor zit hem in de manier waarop die zijn energie aangevoerd krijgt. Adenosinetrifosfaat (ATP) is de geschikte energievorm om spieren krachtig te laten samentrekken. Helaas is er maar een piepklein beetje ATP direct beschikbaar, en dit voorraadje is al binnen tien seconden nadat het startschot gelost is, op.

Gelukkig liggen er vervolgens wel genoeg suikers in het circulerende bloed, de spieren en de lever klaar, die het lichaam op chemische wijze kan omtoveren in ATP. De snelste omzetting gaat via de anaerobe afbraak, zonder zuurstof dus. Het grote nadeel is dat hierbij lactaat wordt gevormd dat, wanneer het zich overmatig presenteert, mensen de lust tot fysieke arbeid in no time doet vergaan vanwege de vermoeidheid die ermee gepaard gaat. Houden we vooral voor een langere inspanning de aerobe verbranding van suiker over; hier is zuurstof voor nodig, dat met behulp van longen, bloed en hart vanuit de buitenlucht naar de spieren wordt aangevoerd. De noodzakelijke beschikbaarheid van zuurstof zorgt ervoor dat de ATP-aanmaak hierbij trager is dan die bij de anaerobe afbraak, maar het grote voordeel is wel dat het lichaam zich prima anderhalf tot twee uur kan redden: dan is de suikervoorraad op en rest enkel nog de zuurstofafhankelijke vetverbranding. Die drukt het tempo echter zo stevig dat weinig topatleten hier in een race van gebruik van zullen maken.

Zo ook Hassan, die in haar races hoofdzakelijk haar energie uit suikers gehaald zal hebben. Deels uit de anaerobe afbraak ervan, maar vooral uit de aerobe verbranding; tijdens de 1500 meter ligt het aandeel hiervan tussen de 75 tot 85%, tijdens de tien kilometer zelfs op meer dan 95%.

 

Spieropbouw

De verschillen in energiegebruik zien we ook terug in de spieropbouw van een atleet. Aan de ene kant zijn daar de sprinters met hun omvangrijke spierbundels; ze zijn voornamelijk opgebouwd uit zogenaamde type II ‘snelle’ spiervezels die flinke kracht kunnen leveren, veel ATP in voorraad hebben en de juiste machinerie bezitten om energie te genereren door middel van de anaerobe afbraak van suikers. Aan de andere kant van het spectrum zien we de iele marathonlopertjes staan, waarvan de spieren vooral bestaan uit ‘langzame’ type I vezels, die minder kracht kunnen leveren maar perfect zijn afgesteld om ATP te produceren uit de aerobe verbranding.

In spierbiopten van de benen van topatleten komt dit beeld helder naar voren. De spiervezels van de Engelse tophordenloper Colin Jackson (wereldrecordhouder op de 60 meter horden indoor) bestonden in zijn hoogtijdagen voor 71% uit het ‘snelle’ type, die alleen al per individuele vezel tot 14 keer zoveel kracht konden leveren als de ‘langzame’ vezels in de bovenbeenspier van Jackson. De kuitspier van de Amerikaanse marathonloper Frank Shorter, winnaar van olympisch goud in 1972, bevatte juist voor 80% het langzame type, zo constateerden onderzoekers toen zij door de microscoop tuurden naar het stukje spier dat ze met behulp van een dikke naald uit het onderbeen van Shorter hadden gehaald.

 

Middellang

Hier midden tussenin bevinden zich de atleten die voor de middellange afstand gaan – de definitie ervan wordt zeer ruim genomen, van 800 meter tot en met de 10.000 meter (hoewel de 800 en 1500 meter ook wel als een aparte ‘middenafstand’ worden gezien). Hun spieren bevatten een mix van type I  en II vezels, maar een eenduidig patroon is er niet: het aantal type I spiervezels dat bijvoorbeeld gevonden wordt kan variëren tussen de 40 en 70%.

De typische 1500 meter loper bestaat dan ook niet, zo laten de gepubliceerde case studies van de Noor Henrik Ingebrigtsen, Europees kampioen in 2012, en de Nieuw-Zeelander Peter Snell, winnaar van olympisch goud in 1964, zien. Want hoewel beide een vergelijkbare tijd in de benen hadden, bleek Ingebrigtsens lichaam meer richting dat van een lange afstandsloper te gaan, en dat van Snell meer sprintkwaliteiten te bezitten. Maar het lichaam vindt het wel lastig om sprint- en duureigenschappen te combineren. Ze zitten elkaar in de weg. Een sprinter is vooral gebaat bij pure kracht en zal zijn aanwezige type II vezels vooral dikker en sterker willen maken. Krachttraining is daar uitermate geschikt voor, veel meer dan duurtraining. Maar hoe dikker de spiervezel, hoe slechter zijn zuurstofverbranding wordt. Nederlandse onderzoekers viel het al op toen zij spiervezels van spitsmuizen met die van klauwkikkers vergeleken. De spitsmuis had hele dunne spiervezels met een enorm hoge verbrandingssnelheid; de klauwkikker hele dikke spiervezels die amper in staat waren om met zuurstof energie te genereren.

Krachttraining en duurtraining combineren dan maar? Het klinkt leuk maar hoe meer duurtraining een atleet inbouwt, des te milder het effect van de krachttraining wordt. Recent Amsterdams onderzoek bij olympische roeiers en achtervolgers in het baanwielrennen suggereert dat met de juiste mix van kracht- en duurtraining de spieren een succesvol compromis weten te bereiken. De bovenbeenspieren van deze ‘middellange afstand’ atleten bleken namelijk best wat volume in te nemen maar dit zat hem niet zozeer in de dikte van de spiervezels maar veel meer in de lengte. Die bleken daarnaast uitbundig door bloedvaatjes omgeven te zijn, een voorwaarde voor een optimale aanvoer van zuurstof.

 

Zuurstofopname

Hoe de spieren van Sifan Hassan er van binnen precies uitzien, is onbekend. Maar gezien haar optreden op de 10 kilometer in Doha -en de halve marathon, waarvan zij sinds vorig jaar ook het Europees record in handen heeft- zullen haar spiervezels sowieso over een uitzonderlijke capaciteit om zuurstof te benutten beschikken. Hassan is, net als Ingebrigtsen, meer het ‘lange afstandstype’ 1500 meter atleet en hoe meer zuurstof ze kan opnemen, over des te meer energie haar spieren tijdens het rennen kunnen beschikken. De bekende Engelse fysioloog en Nobelprijs winnaar Archibald V. Hill toonde dit een eeuw geleden al aan toen hij zijn proefpersonen, waar hij zelf er een van was, rondjes liet lopen op het terrein van de universiteit met een zak op de rug waarin de uitgeademde lucht werd opgevangen en na afloop geanalyseerd. Toen Hill en de anderen steeds sneller gingen rennen, zag hij dat de hoeveelheid verbruikte zuurstof ook steeds toenam. Tot een maximum, de zogeheten maximale zuurstofopname oftewel VO2-max. Die lag bij Hill rond de 4 liter per minuut, een waarde die volgens de fysiologieboeken bij een uitstekend getraind persoon past. Maar geen waarde waar je potten op de 1500 of 10.000 meter mee kunt breken, zeker niet bij de mannen. Noorse wetenschappers verzamelden de hoogste getallen voor VO2-max ooit gerapporteerd en zagen in olympische langlaufers en roeiers zelfs waarden van boven de 7 liter per minuut.

Vrouwen zitten daar een stukje onder, hun hoogste VO2-max waarde komt in de buurt van de 5 liter per minuut. Het heeft te maken met hun kleinere lichaam (kleinere longen en hart, minder spiermassa), de aanwezigheid van relatief meer lichaamsvet ten opzichte van spier, en een lagere concentratie van zuurstofbindend hemoglobine in het bloed. De VO2-max waarde van Hassan wordt nog niet prijsgegeven maar zal in de buurt komen van die van de Britse ex-langeafstandloopster Paula Radcliffe, die momenteel nog steeds het wereldrecord op de marathon -gelopen in 2005- in handen heeft. Tussen haar 18e en 29e werd Radcliffe herhaaldelijk in het lab doorgemeten en schommelde haar VO2-max, gecorrigeerd voor haar lichaamsgewicht, rond de 70 milliliter per minuut per kilogram.

Hoewel onontbeerlijk voor het leveren van een topprestatie, is een grote zuurstofopnamecapaciteit geen garantie voor hardloopsucces. Het gaat er ook om dat het lichaam de zuurstof efficiënt kan inzetten voor de loopbeweging. Bij Radcliffe was hier in de loop van de jaren een duidelijke verbetering in te zien: wanneer tijdens de labtest de loopband op een snelheid van 16 kilometer per uur werd vastgezet bleek elk jaar weer dat zij daar een beetje minder zuurstof voor nodig had. En ging de Britse elk jaar een stukje harder wanneer zij op haar maximale zuurstofverbruik rende: van 20,5 kilometer per uur op haar 18e tot 22,5 kilometer per uur op haar 24e tot uiteindelijk richting de 24 kilometer per uur op haar 29e. Deze ontwikkeling van Radcliffe biedt een mooi vooruitzicht voor de pas 26-jarige Hassan.

 

Eindschot

Maar met alleen een grote en efficiënte verbrandingsmotor is Hassan er nog niet. Zoals ze tijdens haar WK races liet zien heeft ze ook een versnelling in de benen en kan ze vertrouwen op een sterk eindschot. Op zulke momenten schiet de zuurstofvoorziening tekort en moet ATP aangevuld worden vanuit de anaerobe suikerafbraak. Dit moet ze voorzichtig doen, want als de lactaatspiegels in het lichaam te hoog oplopen, zullen haar benen gaan branden en besluiten dat ze het rustiger aan moeten doen.

Ook hierin verbeterde Radcliffe’s lichaam in de loop van de jaren: haar zogeheten lactaatdrempel verschoof ieder jaar naar een hogere snelheid. Wanneer de snelheid van de loopband in stapjes werd verhoogd, telkens nadat een druppel bloed uit een van haar vingertoppen was verzameld om de lactaatconcentratie te bepalen, zagen de onderzoekers dat de bulk lactaat steeds later verscheen: op haar 18e bij een snelheid van 15 kilometer per uur, op haar 29e pas bij 19 kilometer per uur.

Ook Radcliffe’s hart raakte steeds beter gewend aan de inspanning. Want terwijl op haar 19e haar hartfrequentie al opliep naar boven de 190 slagen per minuut bij een snelheid van 16 kilometer per uur, lag elf jaar later bij eenzelfde snelheid Radcliffe’s hartslag dertig slagen lager. Pas bij een snelheid van 21 kilometer in het uur bereikte de hartfrequentie uiteindelijk de 190 slagen per minuut. Op dat moment lag de Britse al wel op apegapen, zoals te zien aan de torenhoge lactaatconcentratie in haar bloed, en moest ze stoppen met de test. Hassan zal er om lachen. De Nederlandse liep haar 1500 meter in Doha met een gemiddelde snelheid van ruim 23 kilometer per uur. Haar geheim geeft ze niet prijs, maar dat haar lichaam perfect geboetseerd is om hard én lang te lopen, dat is inmiddels wel duidelijk.

Waardeer dit artikel!

Dit artikel las je gratis. Vond je het de moeite waard? Dan kun je jouw waardering laten zien door een kleine bijdrage te doen.

Mijn gekozen waardering € -

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *