Determinanty běžecké ekonomiky

Fyziologické faktory

Úroveň vytrvalostních schopností je určena celou řadou fyziologických funkcí viz Obr. 4 (Basset & Howley, 2000). Při tréninku vytrvalosti je obzvlášť nutné zohlednit poznatky fyziologie a pochopit fungování různých systémů v těle člověka i jejich adaptační změny.

Dva sportovci A a B vykonávají stejnou pohybovou aktivitu (např. veslování) stejnou intenzitou pohybu a čistě teoreticky spotřebují i stejné množství energie za jednotku času (stejná ekonomika pohybu – EP). U sportovce A je to vzhledem k jeho vnitřní fyziologické kapacitě úroveň těsně pod úrovní anaerobního prahu, u sportovce B těsně nad touto úrovní. Po pár minutách bude jejich EP pořád přibližně stejná, ale po 10 minutách bude EP sportovce B výrazně horší. Proč?

V průběhu výkonu může docházet ke kolísání jednotlivých fyziologických faktorů. Z fyziologického hlediska může docházet k variabilitě srdeční frekvence, tělesné teploty, ventilace nebo tvorby laktátu. Tyto faktory mohou být ovlivněny EP (Saunders et. al., 2004, p. 470) a naopak – tyto faktory mohou mít vliv na EP.

Sportovec B pracoval na intenzitě nad úrovní anaerobního prahu, proto se časem více a více narušovala jeho homeostáza, zejména prostřednictvím tvorby laktátu. A pokud se sportovec vlivem výkonu při vysoké TF zahltí laktátem, pak zcela jistě dojde ke zhoršení techniky pohybu, tudíž i méně efektivní práci.

Toto je zcela jasný důkaz propojení fyziologických faktorů a EP.

Fyziologické faktory ovlivňující RE jsou:

• maximální spotřeba kyslíku (VO2max),
• anaerobní práh (ANP).

Na tyto faktory pak navazují dílčí, které jsou uvedené o odstavec výše.

VO₂max

VO2max představuje maximální možné množství z přijatého kyslíku, které je organismus schopen zpracovat. Jedná se o určitý potenciál sportovce, ale člověk s nejvyšším VO2max nemusí být automaticky nejlepším.

VO2max je ovlivnitelné:

• tréninkem (do 20 %),
• geneticky (cca 50 %).

VO2max hraje významnou roli v oblasti sportovního tréninku. Kuhn (2005) uvádí, že je to jedna z nejlepších informací o aktuálním stavu vytrvalostních schopností. Čím je sportovec vytrvalostně trénovanější, tím více kyslíku je schopen dopravit skrze dýchací a srdečně-cévní systém až k pracujícím svalům.

Spotřeba kyslíku je přibližně přímo úměrná rostoucí rychlosti běhu. Srovnáme-li např. dva běžce, kteří mají stejnou hodnotu VO2max, pak platí, že méně ekonomický běžec spotřebuje při pohybu více kyslíku a na své úrovni VO2max dosáhne nižší rychlosti běhu oproti ekonomičtějšímu běžci, který bude moci běžet rychleji při své úrovni VO2max.

Za vynikající ekonomiku běhu u mužů, měřenou v laboratorních podmínkách na ergometru, lze považovat hodnotu:

• 45 ml/kg.min při rychlosti 16 km/h,
• 60 ml/kg.min při rychlosti 20 km/h.(Grasgruber & Cacek, 2008)

Zásadní vliv na VO2max mají tzv. centrální a periferní faktory.

Centrální faktory:

• max. pracovní kapacita srdce (tepová frekvence x tepový objem),
• kapacita plic a plicní difuze,
• objem krve a její průtok,
• kapacita přenosu kyslíku krve (hemoglobin).

Periferní faktory:

• svalová difuzní kapacita,
• enzymatická aktivita v mitochondriích,
• hustota vlásečnic ve svalech,
• typy svalových vláken.

(Kravitz & Dalleck, 2002)

Anaerobní práh (ANP, LT)

Anaerobní práh/laktátový práh je intenzita cvičení, při které množství krevního laktátu začíná výrazně stoupat. Vědci poukazují, že právě ANP je jedním z hlavních ukazatelů aerobního vytrvalostního výkonu. Vzhledem k VO2max je tento faktor více ovlivnitelný tréninkem. Úroveň ANP určuje hlavně:

• množství mitochondrií,
• enzymatická aktivita mitochondrií.

ANP se určuje jako % spotřeba VO2 vzhledem k VO2max, nebo % TF k TFmax při laboratorním funkčním vyšetření se stupňovaným zatížením. U netrénovaných jedinců se ANP pohybuje na úrovni 50–60 % VO2max, obecně se dá zvýšit na 75 % VO2max, u elitních vytrvalostních sportovců je položen na hranici 80–90 % VO2max.

Nepřekročí-li běžec při určité rychlosti běhu úroveň anaerobního prahu, nedochází ke hromadění laktátu (tělo ho zvládá odbourávat) a pracovní výkon lze udržet teoreticky nepřetržitě. Prakticky dojde k vyčerpání glykogenu za cca 90 min při intenzitě blízké anaerobnímu prahu a nelze dále pokračovat v takovém výkonu. (Basset & Howley, 2000, p. 80; Kravitz & Dalleck, 2002, Grasgruber & Cacek, 2008)

Jako nejefektivnější tréninkové metody pro zvýšení hodnoty ANP se jeví metody kontinuální, běhané na hranici ANP, nebo metody intervalové se střídáním intenzity zatížení těsně nad a těsně pod hranicí ANP (Grasgruber & Cacek, 2008).

Biomechanické faktory

Mechanika pohybu je určujícím faktorem ekonomiky běhu. Bez efektivní mechaniky není reálné kalkulovat s dobrou ekonomikou běhu. Spektrum faktorů, které mechaniku ovlivňují, je velmi široké. Mezi ty nejpodstatnější řadíme techniku běhu. Technika realizovaná s co možná nejúčelnějším využitím sil, které jsou produktem svalových kontrakcí, je technikou optimální. Pravdou je, že přiblížení se modelové technice naráží například na diference v:

• stavbě těla,
• úrovni trénovanosti,
• vnějších podmínkách,
• míře únavy,
• výstroji,
• zafixovaných pohybových stereotypech,
• aj.

Technika pohybu

Trénink techniky pohybu můžeme rozdělit na 2 části. První je trénink samotného pohybu, resp. techniky pohybu (u běhu – trénink běhu). Druhá část zahrnuje nepřímý trénink daného pohybu, tedy trénink složek (schopností a dovedností), které ovlivňují samotný pohyb.

Hned na úvod této části je ale potřeba říct, že je řeč o tréninku vytrvalostního výkonu. Ano, např. i u rychlostní disciplíny je důležitá technika pohybu, ale ne vzhledem k ekonomičnosti pohybu.

Na bazén přijde studentka, která se chce začít věnovat plavání. Kdyby se změřila její spotřeba energie po prvních hodinách plavání a porovnala se spotřebou energie za stejných podmínek o půl roku později, kdy naplavala desítky kilometrů, menší spotřebu energie by měla po půl roce tréninku.

Toto je zjednodušený příklad. Každopádně platí, že čím více se cíleně trénuje určitý pohyb (ideálně pod dohledem), tím více se zdokonaluje technika pohybu, a tím pádem i EP. Navíc tréninkem vytrvalostního charakteru dochází k fyziologickým změnám (rozebráno výše) vlivem adaptace srdečně-cévního, dýchacího, metabolického a svalového aparátu, což má také přímý vliv na EP (Benson & Connolly, 2012, p. 53). Vytrvalostní sporty kladou vysoké nároky na srdečně-dýchací systém a další komponenty, hovoříme tak o energetické připravenosti sportovců (Martens, 2006, p. 278). Bez dostatečného energetického krytí není organismus schopen optimálně pracovat (Rudolecký, 2014, p. 13).

Faktory, které ovlivňují techniku pohybu, tedy i RE

Koordinace obecně – Běžecká technika je závislá na koordinačních schopnostech běžce (Cacek, Grasgruber & Lajkeb, 2007, p. 28). Lepší úroveň koordinačních schopností umožní rychlejší reakci na změnu podmínek, lepší adaptaci na změnu tempa, sportovec se rychleji učí, lépe ovládá své tělo.

Flexibilita – Optimální flexibilita hraje značnou roli – umožňuje lepší využití elastické energie a efektivní přenos svalové síly. Ovšem problém optimální flexibility u vytrvalců, vzhledem k ne úplně konzistentním vědeckým výsledkům, není 100% vyřešen (Grasgruber & Cacek, 2008, p. 50).

Studie a výsledky ohledně flexibility a RE (Hnízdil et al., 2012, p. 49; Saunders et al., 2004, p. 474):

1. 1996 – Craib zjistil pozitivní vztah mezi nízkou flexibilitou rotace stehen v kyčlích a RE.
2. 1996 – Craib zjistil, že neohebnost/tuhost v oblasti boků a lýtek je lepší pro RE.
3. 1989 – Godges vyzkoumal, že po zlepšení flexe a extenze v kyčelním kloubu se zlepší RE.
4. 1990 – Glaim zjistil, že u netrénovaných jedinců je lepší RE u těch, kteří jsou méně protažení. Vysvětlení našel v tom, že menší protažení, resp. tužší svaly a šlachy v určitých oblastech (trup, kyčle – stabilita pánve), má za následek lepší naakumulování elastické energie a její přenos. Podobně to popisují i jiní odborníci – trup je přenašečem energie a síly lidského těla a jeho částí (končetin) (Hoffman, 2012, p. 189). To znamená, že větší stabilita trupu může zlepšit celkovou sportovní připravenost, a to prostřednictvím generování větší síly trupem a jejím přenosem do končetin (Kenney, Wilmore & Costill, 2012, p. 218).
5. 2001 – Kyrolainen dospěl k výsledkům, že tužší svaly v oblasti kotníku a kolene při brzdící fázi u běhu potenciálně zvyšují sílu ve fázi odrazu.

Nadměrná flexibilita může působit negativně na ekonomiku běžeckého pohybu (Jones, 2002; Trehearn, 2009; in Hnízdil et al., 2012, p. 49). Protahování určitých oblastí ale nemusí mít negativní vliv (prodloužení kroku). Zároveň tím sportovec udělá něco pro prevenci svalových zranění. Také nemusí nutně platit, že lepší RE na základě nižší flexibility vede k optimálnímu výkonu. Saunders naopak tvrdí, že zvýšená flexibilita vede k optimálnímu běžeckému výkonu (Saunders et al., 2004, p. 474).

Z našeho pohledu je důležitá taková míra flexibility, která umožňuje provést pohyb efektivně, tedy v optimálním rozsahu bez zbytečných ztrát energie. U každého komplexního pohybu v každém kloubu a každé rovině však může být požadavek na optimální ekonomiku odlišný (vztaženo k obecně uvažovaným úrovním).

Antropometrické faktory

Z hlediska tělesných parametrů běžce se pro dobrou RE jeví jako ideální značná tělesná štíhlost, zejména pak u segmentů dolních končetin. Čím více je segment dolní končetiny vzdálen od kyčelního kloubu, tedy od osy pohybu (otáčení), tím více jeho hmotnost ovlivňuje spotřebu kyslíku a RE. Např. těžká běžecká obuv ovlivní ekonomiku běhu mnohem více než přiměřené závaží umístěné kolem pasu (Grasgruber & Cacek, 2008).

Východoafrická nadvláda běžců na dlouhých tratích

Je nezpochybnitelným faktem, že na světové úrovni dominují ve vytrvalostních bězích Východoafričané. Čím se odlišují od ostatní světové populace? Mají výrazně drobnější postavu než Evropané. Průměrný keňský chlapec je o 9 cm nižší a o 12 kg lehčí než průměrný evropský chlapec, ale dolní končetiny má ten keňský o 2 cm delší a obvod lýtek i jejich objem má asi o 15 % menší oproti evropskému (Larsen et al., 2004). Grasgruber a Cacek (2008) si dominanci Východoafričanů ve vytrvalostních bězích vysvětlují štíhlostí jejich dolních končetin, zejména potom lýtkových svalů.

Ve studii Westona et al. (1999), která se zabývá hromaděním laktátu u běžců, autoři uvádějí, že při porovnání antropometrických charakteristik afrických běžců a jejich bílých krajanů (z Jihoafrické republiky) na podobné výkonnostní úrovni jsou afričtí běžci výrazně lehčí a menší než ti bílí.

Běžci versus průměrná populace

Běžci mívají užší boky než běžná populace, což je pro ně výhodné. Běžecká ekonomika je totiž ovlivněna i oscilací pánve v průběhu běhu. Čím je oscilace vyšší (pánev širší), tím je horší RE (Grasgruber & Cacek, 2008).

Menší vzrůst afrických vytrvalostních běžců je výhodný z hlediska jejich termoregulace. Několik studií ověřilo, že evropští, výrazně těžší běžci nezvládnou udržet vysokou rychlost běhu v teplém a vlhkém prostředí. Evropští běžci nečekali, až u nich dojde k přehřátí organizmu, ale už od začátku běhu při vysoké teplotě běželi pomaleji (Dennis & Noakes, 1999; Morino et al., 2003; Bosch et al., 1990; in Dzurenda, 2012).

Lze předpokládat, že i podkožní tuk soustředěný v oblasti dolních končetin, a tedy zvýšená endomorfní složka somatotypu, bude také představovat nadbytečnou zátěž, která zhorší ekonomiku běhu.

Exogenní vlivy

Oděv a obuv

Lehký a funkční oděv má pozitivní vliv na ekonomičnost běhu. Jako příklad si můžeme uvést výsledky studie, ve které se zjistilo, že vymění-li si elitní běžec bavlněné oblečení (vážící asi 240 g) za nylonové (vážící asi 150 g), uběhne maraton asi o 13 vteřin rychleji. U průměrného maratonce by toto zlepšení bylo asi 23 vteřin (Stevens, 1983; in Noakes, 2003, p. 57). Z několika dalších studií vyplývá, že pokud přidáme 1 kg zátěže k chodidlu, ekonomika běhu se zhorší o 6 až 10 %, nebo asi o 1 % při každém navýšení hmotnosti obuvi o 100 g. Ušetření jednoho procenta celkového energetického výdeje znamená při světovém rekordu na maraton asi 77 vteřin (Noakes, 2003, p. 57).

Graficky znázorněné zhoršení RE vlivem umístění závaží na různé části spodní poloviny těla můžeme pozorovat na obr. 5.

Z výzkumů prováděných v aerodynamickém tunelu se zjistilo, že volné plandající oblečení, dlouhé silné ponožky nebo dlouhé vlající vlasy mohou negativně ovlivnit maratonský výkon o 5–15 vteřin (Kyle & Caiozzo, 1986; in Grasgruber & Cacek, 2008).

Běh naboso versus běh v obuvi

Je ekonomičtější běhat naboso nebo v obuvi? Na základě výše uvedených studií by se dalo říci, že obuv vždy něco váží, tudíž zhorší ekonomiku pohybu, ale má i svá pozitiva. Boty tlumí sílu dopadu a chrání nohu před poraněním. Záleží na tom, jak je daný běžec zvyklý trénovat, jestli v obuvi nebo naboso, a jestli našlapuje přes patu nebo přes špičku. K této problematice ještě nebylo provedeno dostatečné množství kvalitních studií, abychom se v ní mohli lépe orientovat. Většina takovýchto studií často nezohledňuje techniku běhu nebo hmotnost obuvi. Např. Hanson et al. (2011) porovnával běžce při intenzitě běhu na úrovni 70 % VO2max na běhátku nebo v terénu, naboso nebo v obuvi. Zjistil, že běh naboso je průměrně o 3,8 % ekonomičtější než v obuvi.

Trénink v teple

Vliv adaptačních změn na vytrvalostní trénink vedený v teplých podmínkách má za následek, že se při daném běhu u běžce sníží tepová frekvence a teplota cirkulace v porovnání s během za stejných podmínek před adaptací. Tyto dva faktory souvisí s EP, v tomto případě v pozitivním směru. (Saunders et al., 2004, p. 474)

Nadmořská výška

Trénink ve vyšší nadmořské výšce má pozitivní vliv na EP. Adaptační mechanizmy – snížení minutové ventilace, vyšší schopnost využívat sacharidy k oxidativní fosforylaci aj. mají za následek zlepšení RE. Toto tvrzení potvrzují studie uvedené v Saundersově review. (Saunders et al., 2004, p. 478-479)

Na druhou stranu s rostoucí nadmořskou výškou se zvyšuje VO2 při konstantní rychlosti běhu, logicky tedy klesá schopnost běžce pracovat ekonomicky.

Odpor vzduchu

Při běhu v terénu je odpor vzduchu jedním z činitelů negativně ovlivňujících RE. Elitní maratonec běžící rychlostí 5 m/s potřebuje asi 2 % vydané energie k překonání odporu vzduchu. Tento fakt lze částečně vyřešit tzv. během v závěsu, kdy se běžec schová do vzduchové kapsy za svým soupeřem nebo kolegou (Davies, 1980; in Grasgruber & Cacek, 2008).

Povrch

Volba povrchu pro běžecký výkon ovlivňuje i RE. V nedávné studii autoři zjišťovali rozdíly ve spotřebě kyslíku při běhu v konkrétní obuvi na tartanu, asfaltu a škváře. Zjistilo se, že pro zvolenou obuv byl asfalt nejvýhodnějším povrchem z energetického hlediska, neboť na něm byly naměřeny nejnižší hodnoty spotřeby kyslíku. (Bernaciková, Chovancová, Kalina, 2013)

Při běhu na písku je podle Zampara et al. (1992; in Åstrand, 2003) energetická náročnost pohybu na jednotku vzdálenosti asi 1,8krát větší než při běhu po pevném terénu.

Vliv tréninku na RE

Ekonomiku běhu, stejně jako většinu dalších fyziologických determinant můžeme tréninkem pozitivně ovlivnit. Prokázán byl například pozitivní vliv odporového silového tréninku (nad 70 % 1RM), plyometrického tréninku, vysoce intenzivního intervalového tréninku aj.

Silové požadavky

Silový trénink zlepšuje (Sauders at al., 2004 in Rudolecký 2014, p. 16):

• anaerobní vlastnost - schopnost tolerovat vyšší hladinu laktátu,
• zkracuje kontaktní čas chodidla s podložkou,
• schopnost distribuovat rychlou sílu.

Lepší silové schopnosti umožňují lepší generování síly při jednotlivých fázích pohybu a tím pádem zvýšit frekvenci/délku kroku. Pravdou je, že ne všechny typy silového tréninku se zdají být výhodné pro vytrvalostní běh, zejména vzhledem k možné nežádoucí hypertrofii svalů. Zde je přehled studií zabývajících se určitým typem silového tréninku a jejich vztahem k RE:

• 1997 – Johnson po aplikaci 10týdenního silového tréninku v kombinaci s vytrvalostním zjistil u vytrvalkyň zlepšení o 4 %.
• 1999 – Paavolainen po 9týdenní aplikaci sprinterského, odrazového a silového tréninku se zaměřením na rychlé provedení s malým odporem zjistil zlepšení výkonu (2,8 %) i RE (7,8 %).
• 2002 – Miller uvádí zlepšení RE o 6,9 % po aplikaci 14týdenního silového tréninku u triatlonistů.
• 2008 – Storen po aplikaci maximálního silového tréninku k běžnému tréninku vykazuje 5% zlepšení v RE po 8 týdnech.

Také plyometrická cvičení se podle řady výzkumů podílejí na zlepšení RE, a tudíž i na zvýšení běžeckého výkonu. Adaptace na plyometrický trénink má za následek zlepšení RE generováním větší svalové síly, aniž by docházelo ke zvýšení metabolických a energetických nároků na organismus.

• 2003 – Spurrs, Murphy a Watsford také zaznamenali zlepšení RE po 6týdenním zařazení plyometrických cvičení mezi běžné běžecké tréninky. Konkrétně došlo ke zlepšení o 6,7 % při rychlosti 12 km/h, 6,4 % při 14 km/h a 4,1 % při 16 km/h.
• 2003 – Turner zjistil po zařazení 6týdenního plyometrického tréninku k běžnému tréninku zlepšení RE o 2,3 %.
  Podle výše uvedených studií vede silový trénink zaměřený na dolní končetiny prokazatelně ke zlepšení RE. (Doležal, 2012, p. 59; Rudolecký 2014, p. 15–17)

Akutní efekt tréninku na RE

Bezprostřední efekt tréninku na ukazatele RE není v dostupné literatuře podrobně popsán. Otázkou tedy zůstává, jak specifické tréninky ovlivňují v čase RE. Dle Burgessové, T. a Lamberta, M. (2010) existují důkazy o vlivu cvičení na svalovou destrukci a únavu. Akutně poškozené a unavené svaly mají za následek negativní změny RE. Snížená ekonomika běhu byla pozorována např. během maratonského závodu.

V posledních cca 7 letech byly na FSpS MU realizovány studie zabývající se zejména akutním vlivem silových intervencí na úroveň RE v intervalu 48 hodin. Níže uvádíme dílčí výstupy realizovaných šetření:

• při sledování akutního efektu maximálně silového tréninku (4RM) vypozoroval Cacek, et al. (2012) zhoršení RE v intervalu 0 – 48 h v rozmezí od 2,3 do 5,6 % oproti pretestu. Vývoj dynamiky RE od aplikace 4RM vykazoval po 24 hodin tendenci nárůstu absolutní i relativní průměrné spotřeby kyslíku, po 48 hodinách testované osoby však vykazovaly jistý stupeň regenerace ukazatelů RE. Předpokládaná doba kulminace zhoršené úrovně RE vlivem opožděného efektu maximálního silového tréninku (48 h; viz Kampmiller a Vanderka, 2006) se nepotvrdila.
• bezprostředně po aplikaci plyometrického tréninku bylo prokázáno významné zhoršení RE, přičemž po 24 hodinách od intervence byly již změny v úrovni RE nevýznamné (Cacek, et al., 2013)
• bezprostředně po aplikaci explozivně-silového tréninku bylo pozorováno zhoršení ekonomiky běhu o 3,8 %, zatímco po 24 hodinách byla RE zhoršena už pouze o 1,6 % (Kalina, et al., 2013).

Aplikace silového tréninku před během, jakožto nástroj rozcvičení, se zdá být neefektivní (krátkodobé hledisko). (Doležal, 2012; Zábrana, 2014)

Doporučená videa ke studiu