Es gibtneue Forschungsergebnisse über die Wissenschaft des Barfußlaufens

Es war Daniel Lieberman, der Barfußlauf-Evolutionsbiologe aus Harvard, der mich zum ersten Mal zum Nachdenken über Aufprallkräfte brachte. Er und seine Kollegen veröffentlichten 2010 eine sehr einflussreiche Studie in Nature, in der sie die „Aufprallkräfte“ von Füßen beim Aufprall auf den Boden für Läufer mit und ohne Schuhe bei der Landung auf der Ferse oder dem Vorfuß verglichen. Die krassen Unterschiede in den Kraftkurven der Studie lieferten entscheidenden wissenschaftlichen Ballast für die minimalistische Laufbewegung – aber eine neue Studie legt nahe, dass wir diese Kurven möglicherweise völlig falsch interpretiert haben.

Die neue Studie, die im Journal of Applied Physiology erscheint, stammt von Peter Weyands Biomechanik-Gruppe an der Southern Methodist University, die von seinem ehemaligen Doktoranden Andrew Udofa, zusammen mit Ken Clark (der jetzt an der West Chester University ist) und dem Physiker Laurence Ryan geleitet wird. Indem sie überdenken, was die Laufkraftkurven uns sagen, sind sie in der Lage, ein langjähriges Rätsel über die Rolle der Schuhdämpfung zu lösen und möglicherweise einen zugänglichen und individualisierten Weg zu bieten, um zu testen, welche Schuhe für Sie am besten sind. Um zu verstehen, warum, müssen wir zunächst auf Liebermans Kurven zurückblicken.

Wenn Sie jemanden bitten, auf einem schicken Laufband zur Kraftmessung (das mehrere hunderttausend Dollar kostet) oder einer im Boden installierten Kraftmessplatte zu laufen, können Sie eine charakteristische Kurve erhalten, die Ihnen zeigt, wie viel Kraft der Läufer bei jedem Schritt vertikal auf den Boden ausübt (und umgekehrt, wie Isaac Newton herausfand, wie viel Kraft der Boden in Ihren Körper schickt). Hier, aus Liebermans Arbeit von 2010, ist ein typisches Beispiel für jemanden, der barfuß läuft und auf der Ferse landet:

Das wichtigste Merkmal, das Sie beachten sollten, ist der kleine Zacken auf der linken Seite der Kurve. Das ist Ihre Ferse, die auf den Boden knallt, einen Sekundenbruchteil bevor die volle Kraft des restlichen Körpers auf den Boden drückt. Die vorherrschende Ansicht unter Biomechanikern ist, dass nicht die Gesamtgröße der Kraft (die hier bei etwa 2,4 Körpergewichten liegt) bestimmt, wie wahrscheinlich es ist, dass Sie sich verletzen; stattdessen ist es die Geschwindigkeit, mit der die Kraft aufgebracht wird, auch bekannt als die Belastungsrate. Durch den Mini-Spike des Fersenaufschlags steigt die Kraft in diesem Bild sehr steil an, was vermutlich schlecht ist.

Vergleichen Sie nun, wie die Kraft aussieht, wenn Sie stattdessen auf dem Vorfuß landen:

Der kleine Spike ist weg! Das bedeutet, dass die Belastungsrate geringer ist und Sie sich weniger leicht verletzen können. Zumindest ist das die Theorie.

In Wahrheit ist der kleine Spike laut der neuen Studie immer noch da; er wird nur von dem größeren überdeckt. Bereits 2014 schlugen Weyand, Clark und Ryan ein sogenanntes „Zwei-Massen-Modell“ vor, um zu erklären, wie diese Art von Kraftkurven unter verschiedenen Bedingungen variieren. In diesem Modell besteht die Kraftkurve immer aus zwei unterschiedlichen Komponenten: einer kleinen Spitze, die dem Aufprall des Fußes und des Unterschenkels auf den Boden entspricht und fast sofort zum Stillstand kommt, und einer größeren, langsameren Spitze, die dem Rest des Körpers entspricht, der den tiefsten Punkt seiner Auf- und Abbewegung erreicht. Die Gesamtkraft ist einfach die Summe dieser beiden Spitzen.

So sieht es aus:

Die hier gezeigte Kurve sieht Liebermans Fersenabdruckkurve sehr ähnlich. Aber in einer Studie aus dem Jahr 2017 zeigte die SMU-Gruppe, dass man eine sehr ähnliche Doppelspitze erhält, wenn man sich Weltklasse-Sprinter ansieht – obwohl sie auf dem Vorfuß landen. Das war ein wichtiger Hinweis darauf, dass der Mini-Spike nicht davon abhängt, welcher Teil des Fußes zuerst den Boden berührt. Stattdessen ist es eine Funktion davon, wie schnell man Kraft auf den Boden ausübt, was nicht nur vom Fußauftritt, sondern auch von der Geschwindigkeit, den Schuheigenschaften und anderen Faktoren abhängt.

In der neuen Studie verglich das SMU-Team die Kraftdaten von acht Freiwilligen in vier verschiedenen Schuhzuständen: barfuß, minimalistisch (Vibram FiveFinger KSO), dünn besohlte flache Rennschuhe (Nike Zoom Waffle Racer VII) und dick besohlte Laufschuhe (Asics Gel Cumulus-14). Sie wollten ein seit langem bestehendes Mysterium erforschen, das als „Aufprallkraft-Anomalie“ bezeichnet wird und besagt, dass mehr Dämpfung in den Schuhen die Belastungsrate, die Läufer erfahren, nicht zu reduzieren scheint – ein scheinbar kontraintuitives Ergebnis.

Hier sehen Sie, wie ihre Daten aussehen, die sowohl den Mini-Spike, der mit dem Unterschenkel assoziiert ist (J1), als auch die Gesamtkraft, die die Summe beider Spikes ist, für zwei Geschwindigkeiten (~6:40 pro Meile und ~3:50 pro Meile) zeigen. Die vertikale Achse ist wie zuvor die Kraft in Körpergewichten und die horizontale Achse ist die Zeit in Sekunden.

Das erste, was auffällt, ist, dass die ansteigende Steigung der Gesamtkraftkurve – die Belastungsrate – für jede Geschwindigkeit unter allen Bedingungen so ziemlich die gleiche ist. Aber die Unterschenkelkomponente (J1) ändert sich: Je mehr Dämpfung sie haben, desto steiler und höher ist diese Spitze. Was ist also los?

Die neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass wir so verdrahtet sind, dass wir unsere Biomechanik automatisch anpassen, um die Gesamtbelastungsrate ungefähr gleich zu halten. In dieser Studie passten die Läufer den Winkel ihres Fußaufschlags an, um zu kontrollieren, wie lange der J1-Aufprall dauerte. Wenn sie barfuß liefen, landeten sie auf dem Vorfuß, was die Landung verlängert und weicher macht, wobei die Wadenmuskeln und die Achillesferse als Stoßdämpfer wirken. In den dicken Sohlen des Trainers konnten sie aufgrund der Dämpfung direkt auf der Ferse aufschlagen, was zu einer schärferen J1-Kurve führte, ohne die Gesamtbelastungsrate zu verändern.

Wichtig ist hier der Zeitpunkt der Aufschlagspitze. Wenn die anfängliche Spitze lange genug verzögert wird, verschwindet sie effektiv in der Hauptspitze, wie in Liebermans Daten von 2010. Aber durch die Verzögerung dieser Spitze tritt sie schließlich an einem Punkt auf, an dem die andere, langsamere Kraftkomponente aus dem Rest des Körpers viel größer ist. Mit anderen Worten, Sie reduzieren eine der Kräfte, erhöhen aber die andere und erhalten eine ähnliche Gesamtkraft.

Ich weiß, dass wir hier in die biomechanischen Untiefen eindringen, also lassen Sie uns herauszoomen, um zu sehen, was das bedeutet. Die größte praktische Erkenntnis: In dem neuen SMU-Datensatz ändert sich die Belastungsrate nicht signifikant, wenn man nur die Schuhe wechselt. Entweder dämpft die Schuhdämpfung den Aufprall, oder Sie passen Ihre Landung an, um die Dämpfung von Wade und Achillessehne zu erhalten. Suchen Sie sich etwas aus, denn das Endergebnis ist – zumindest unter diesen speziellen Bedingungen – das gleiche.

Das bedeutet nicht, dass dieses System narrensicher ist. Wenn Sie zu einem Barfußlauf aufbrechen und auf den Fersen landen – entweder, weil Sie das vom lebenslangen Laufen in Schuhen gewohnt sind, oder, wie im Lieberman-Experiment, weil der Typ im Labor es Ihnen gesagt hat – dann werden Sie wirklich hohe Belastungsraten erzeugen, weil keiner der Schutzmechanismen (Schuhdämpfung oder Vorfußauftritt) eingeschaltet ist.

Umgekehrt, wenn Sie nach einem lebenslangen Fersenauftritt plötzlich auf einen Vorfußauftritt umschalten, belasten Sie Ihre Waden auf ungewohnte Weise, da sie die Rolle des Stoßdämpfers übernehmen. „Es gibt wahrscheinlich Auswirkungen auf Verletzungen“, sagt Weyand, „und diese stimmen mit den eifrigen Barfußanpassern überein, die Achillessehnenverletzungen bekommen.“

Weyand zögert jedoch zu Recht mit einer Verallgemeinerung. Es handelt sich um eine kleine Studie mit ein paar Freiwilligen, die unter sehr spezifischen Bedingungen bei hohen Geschwindigkeiten laufen. Sie gibt uns keine endgültigen Antworten darauf, welche Schuhe oder Laufstile für jeden am besten geeignet sind oder wie genau sich diese Kräfte auf das Verletzungsrisiko auswirken – aber er glaubt, dass sie uns einen besseren Weg gibt, diese Fragen zu beantworten.

Die Einfachheit des Zwei-Massen-Modells bedeutet, dass man kein unerschwinglich teures Kraftmess-Laufband mehr braucht, um Aufprallkräfte und Belastungsraten zu ermitteln. Stattdessen müssen Sie nur wissen, wie schnell sich Ihr Unterschenkel bewegt, wenn er auf den Boden trifft, wie lange Ihr Fuß auf dem Boden bleibt und wie lange jeder Schritt dauert. Sie können diese Parameter mit einer Hochgeschwindigkeits-Videokamera oder heutzutage mit einem kleinen, am Bein befestigten Beschleunigungsmesser ermitteln. Setzen Sie sie in die Gleichung des Zwei-Massen-Modells ein, und die Kraftkurve wird ausgegeben. Mit relativ einfacher Wearable-Tech sollte man also in der Lage sein, in ein Schuhgeschäft zu gehen, fünf Paar Schuhe anzuprobieren und in Echtzeit zu wissen, welche Aufprallkräfte und Belastungsraten man mit jedem einzelnen erzeugt.

Für Langstreckenläufer wäre es vermutlich das Ziel, die Aufprallkräfte zu minimieren. Aber es ist erwähnenswert, dass beim Sprinten das Gegenteil der Fall ist. Die primäre Art und Weise, wie Menschen schneller laufen, ist, indem sie härter auf den Boden aufschlagen: Je mehr Kraft Sie in den Boden pflügen können, desto schneller werden Sie sein. „In dieser Hinsicht“, so Weyand, „steht die Minimierung der Aufprall- und Belastungsrate in direktem Widerspruch zur Erhöhung der Geschwindigkeit.“ Das ist ein Grund, warum Trainings- und Rennschuhe so unterschiedlich sind – und es ist etwas anderes, das Sie mit diesem Modell testen können, indem Sie verschiedene Schuhe und Formänderungen ausprobieren, um zu sehen, was Ihren Kraftausstoß maximiert.

Wenn es eine Sache gibt, die wir in den zehn Jahren seit Liebermans ersten Ergebnissen gelernt haben, dann ist es, dass wir vorsichtig sein sollten, wenn wir Kraftkurven im Labor betrachten und annehmen, dass wir verstehen, wie sie sich in realen Ergebnissen wie Verletzungen und Rennzeiten niederschlagen. Das gilt auch für die neuen SMU-Daten. Aber das Modell hat das Potenzial, zwei sehr aktuelle Probleme zu lösen: die Biomechanik aus der dünnen Laborumgebung in die reale Welt zu bringen und nützliche Erkenntnisse aus der Flut von personalisierten Daten zu gewinnen, die durch die aufkommende Wearable Tech erzeugt werden. Hoffentlich gibt es bald eine App dafür.

Mein neues Buch, Endure: Mind, Body, and the Curiously Elastic Limits of Human Performance, mit einem Vorwort von Malcolm Gladwell, ist jetzt erhältlich. Für mehr, folgen Sie mir auf Twitter und Facebook, und melden Sie sich für den Sweat Science E-Mail-Newsletter an.