Mathematisches Modell hilft Marathonläufern, sich auf ein starkes Finish vorzubereiten

Mathematisches Modell hilft Marathonläufern, sich auf ein starkes Finish vorzubereiten
Mathematisches Modell hilft Marathonläufern, sich auf ein starkes Finish vorzubereiten
Anonim

Die meisten Marathonläufer wissen, dass sie vor und während eines Rennens Kohlenhydrate zu sich nehmen müssen, aber viele haben keine gute Energiestrategie. Jetzt hat ein engagierter Marathonläufer – ein MD/PhD-Student in der Harvard-MIT-Abteilung für Gesundheitswissenschaften und Technologie – einen strengeren Ansatz gewählt, um zu berechnen, wie viel Kohlenhydrate ein Läufer benötigt, um sich durch 42,2 km zu betanken, und welches Tempo dass der Läufer vernünftigerweise erwarten kann, dass er durchhält.

Das Ergebnis ist ein neues Modell, das in der Ausgabe vom 21. Oktober der Zeitschrift PLoS Computational Biology beschrieben wurde und es Läufern ermöglicht, personalisierte Ziele anhand einer Schätzung ihrer aeroben Kapazität zu berechnen.

Der Harvard-MIT-Wissenschaftler Benjamin Rapoport ließ sich von seinen Erfahrungen beim New York Marathon 2005 inspirieren. Als er für die letzten paar Meilen des Rennens in Manhattan einfuhr, wollten seine Beine einfach nicht mith alten. Er erlebte ein häufiges Phänomen unter Marathonläufern, bekannt als „gegen die Wand schlagen“. Im Wesentlichen geht dem Körper der Treibstoff aus, was den Läufer zwingt, dramatisch langsamer zu werden.

"Du fühlst dich, als würdest du nirgendwo hingehen", sagt Rapoport. "Es ist eine große psychologische Enttäuschung, weil du dich machtlos fühlst. Du kannst dich nicht dazu aufraffen, noch schneller zu rennen."

Von den Hunderttausenden von Menschen, die jedes Jahr einen Marathon laufen, stoßen mehr als 40 Prozent an die bildliche Wand, und 1 bis 2 Prozent brechen vor dem Ziel ab.

Bei anstrengenden Übungen wie Laufen bezieht der Körper den größten Teil seiner Energie aus Kohlenhydraten, obwohl die Fettspeicher normalerweise viel größer sind. Die meisten dieser Kohlenhydrate stammen aus Glykogen, das in der Leber und in den Beinmuskeln gespeichert ist.Eine kleine Menge Glukose ist auch im Blut vorhanden.

An die Wand zu schlagen tritt auf, wenn diese gespeicherten Kohlenhydrate vollständig aufgebraucht sind, was den Körper dazu zwingt, mit der Fettverbrennung zu beginnen. Wenn das passiert, kann das Tempo des Läufers um etwa 30 Prozent sinken und Ketone, die Nebenprodukte des Fettstoffwechsels, beginnen sich im Körper anzusammeln und Schmerzen und Müdigkeit zu verursachen.

"Die Leute denken, dass es unvermeidlich ist, gegen die Wand zu rennen, aber das ist es nicht", sagt Rapoport, der 18 Marathons gelaufen ist, darunter eine persönliche Bestzeit von 2:55 beim diesjährigen Boston-Marathon. „Um dies zu vermeiden, müssen Sie Ihre Fähigkeiten kennen. Sie müssen ein Zieltempo festlegen, das Sie ins Ziel bringt, ohne gegen die Wand zu stoßen. Sobald Sie dies getan haben, müssen Sie sicherstellen, dass Sie eine angemessene Kohlenhydratzufuhr haben."

Um sein neues Modell zu entwickeln, identifizierte Rapoport zwei grundlegende physiologische Faktoren, die die Leistung von Ausdauerläufern einschränken: die aerobe Kapazität und die Fähigkeit der Beinmuskulatur, Kohlenhydrate als Glykogen zu speichern.Die aerobe Kapazität, auch bekannt als VO2max, ist ein Maß dafür, wie viel Sauerstoff der Körper während des aeroben Trainings zu den Muskeln transportieren und verbrauchen kann. Sauerstoff ist entscheidend für die Muskelleistung, da Glukose nur in Gegenwart von Sauerstoff vollständig abgebaut werden kann.

Der durchschnittliche VO2max eines untrainierten Mannes von 45 ml/kg/min kann durch Training gesteigert werden, und Elite-Marathonläufer haben oft einen VO2max von über 75 ml/kg/min. Die Messung des genauen VO2max erfordert einen Belastungstest auf dem Laufband bei maximaler Anstrengung, kann jedoch durch Messen der Herzfrequenz bei konstantem Lauftempo auf einem Laufband geschätzt werden.

Anhand des Modells von Rapoport kann jeder Läufer, der für einen Marathon trainiert und seinen VO2max-Wert schätzt, eine Reihe von Tempos ermitteln, einschließlich des schnellsten sicheren Tempos, das er oder sie aush alten kann, ohne gegen die Wand zu stoßen. Beispielsweise könnte ein Mann mit einem VO2max von 60 ml/kg/min das Rennen in 3:10 laufen, ohne während des Rennens Kohlenhydrate zu sich zu nehmen.

Ein VO2max von 60 ml/kg/min ist ungefähr das Höchste, das die meisten Männer durch Training erreichen können, und 3:10 ist zufälligerweise ein Goldstandard beim Marathonlaufen: Das ist die Zeit, die Männer im Alter von 18 bis 34 erreichen müssen sich für den Boston-Marathon qualifizieren.Für gleich altrige Frauen beträgt die Qualifikationszeit 3:40, was auch die Zeit ist, die das Modell von Rapoport für eine Läuferin mit einem VO2max von 52 ml/kg/min vorhersagt, etwa dem höchsten Wert, den eine durchschnittliche Frau durch Training erreichen kann.

Die Vorhersagen des Modells hängen auch von der Beinmuskelmasse des Läufers ab, da größere Muskeln mehr Glykogen speichern können. In den obigen Beispielen gehen diese Endzeiten davon aus, dass die Beinmuskulatur des Läufers mindestens 7,5 Prozent seiner Körpermasse ausmacht, was auf die meisten Menschen zutrifft. Bei Männern liegen die Werte typischerweise zwischen 14 und 27,5 Prozent, bei Frauen zwischen 18 und 22,5 Prozent.

Rapoports Modell ermöglicht es Läufern auch zu berechnen, wie viel Kohlenhydrate sie während des Rennens verbrauchen müssen, wenn sie schneller laufen wollen, ohne gegen die Wand zu stoßen. Beispielsweise müsste ein Läufer mit einem VO2max von 50 ml/kg/min, der die 3:10-Qualifikationszeit für den Boston-Marathon erreichen wollte, 10 Kalorien Kohlenhydrate pro Kilogramm Körpergewicht zu sich nehmen (ungefähr 700 Kalorien für einen 154-lb.Läufer), vorausgesetzt, dass seine Beine mindestens 15 Prozent seiner Körpermasse ausmachen.

Während physiologische Modelle wie das von Rapoport Läufern bei der Planung ihrer Rennen helfen können, spielen laut Rapoport auch andere Faktoren wie mentale Stärke und Streckengelände eine wichtige Rolle bei der Leistung eines Läufers bei einem bestimmten Marathon. Eines der wichtigsten Dinge, die ein Läufer während eines Marathons tun sollte, ist, sich an sein Zieltempo zu h alten, rät Rapoport. Wenn Läufer zu schnell starten, verbrennen sie einen höheren Prozentsatz an Kohlenhydraten, was das Risiko erhöht, gegen die Wand zu laufen.

"Sobald du dein Zieltempo herausgefunden hast, musst du dabei bleiben", sagt er. "Die Leute sind manchmal zu aufgeregt oder ändern ihren Spielplan am Tag des Rennens, und das ist ein taktischer Fehler."

Beliebtes Thema