#breaking2 – was sagt die Wissenschaft zum Marathon unter 2 Stunden?

Ende des vergangenen Jahres kündigte Nike sein Projekt #breaking2 an, das zum Ziel hat, bereits in diesem Jahr einen Marathon unter 2 Stunden zu realisieren. Auch Adidas soll an einem solchen Projekt arbeiten. Ist das alles nur eine Marketingidee mangels anderer sportlicher Großevents oder ist dieses ambitionierte Ziel auch aus wissenschaftlicher Sicht schon heute erreichbar?

Auf einen Blick

• Ein Marathon unter 2 Stunden bedeutet eine Verbesserung des Weltrekords um 2,5%. Das könnte mit einer verbesserten Laufökonomie erreicht werden.
• Mögliche Angriffspunkte sind Windschattenstrategien, eine ideale Strecke, günstige Wetterverhältnisse und leichtere Schuhe.
• Unter optimalen Bedingungen erscheint ein Marathon unter 2 Stunden möglich.
• Sollten sich die von Nike gemachten Angaben zu ihrem neuen Schuh bewahrheiten, könnte die 2h-Marke noch in diesem Frühjahr fallen.

Ist der Marathon unter 2 Stunden möglich?

Der aktuelle Weltrekord im Marathon liegt bei 02:02:57 und wurde 2014 beim Berlin-Marathon von Dennis Kimetto aufgestellt. Um den Marathon unter 2 Stunden zu laufen, müsste er nochmal 2,5% schneller sein. Das mag erstmal nach wenig klingen, im Bereich des Hochleistungssports sind das aber Welten. Eine solche Zielzeit entspricht immerhin einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 21,1 km/h oder 2:51 min/km – ein Tempo das die meisten Menschen nicht einmal einen Kilometer durchhalten würden. Ausgehend vom aktuellen Weltrekord hat sich erst kürzlich ein im Journal „Sports Medicine“ erschienener Review-Artikel mit der Frage beschäftigt, unter welchen Bedingungen eine solche Leistungssteigerung möglich wäre. Grundsätzlich geht es dabei um 4 Bereiche: Windschattenstrategien, eine ideale Strecke, günstige Wetterverhältnisse und leichtere Schuhe.

Physiologie des Marathons

Aber bereits 2011 hat sich ein Artikel mit dem Thema beschäftigt und vor allem die Physiologie beleuchtet. Wie bereits im Beitrag zur Ausdauer im Alter beschrieben, gibt es drei Faktoren die für die Laufleistung maßgeblich sind. Das sind die

• Laufökonomie,
• die anaerobe Schwelle und
• die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max).

Laufökonomie – Der Schlüssel zu #breaking2?

Marathonläufer zeichnen sich vor allem durch eine sehr gute Laufökonomie aus, weshalb diese wahrscheinlich das entscheidende Kriterium sein wird, um einen Marathon unter 2 Stunden zu laufen. Eine gute Ökonomie hat möglicherweise auch die Vorteile, dass durch den geringeren Energieverbrauch, die Glykogenverarmung hinausgezögert wird und dass weniger Wärme entsteht, die den Körper zusätzlich belastet. Zudem ist die Laufökonomie der einzige Faktor, der von außen durch biomechanische Veränderungen beeinflusst werden kann und Berechnungen auf Basis des aktuellen Weltrekords zeigen, dass eine Verbesserung um 2,7% ausreichen würde, um einen Marathon unter zwei Stunden zu ermöglichen. Aber wo nimmt man diese 2,7% her?

Körpergewicht

Den wohl größten Einfluss auf die Laufökonomie hat das Körpergewicht. Etwa 74% des Energieaufwands sind nötig um das Körpergewicht zu tragen. Zudem fällt auf, dass die Läufer in der Weltspitze eher klein und leicht sind – laut einer Studie sind sie im Durchschnitt 170 cm groß und 56 kg schwer.

Daher liegt es nahe, das Körpergewicht zu reduzieren. Bei den bereits sehr geringen Körperfettanteilen der Marathonelite gibt es hier aber kaum Spielraum. Eine weitere Möglichkeit wäre, das Gewicht durch Wasserverluste zu reduzieren. Allerdings konnte experimentell keine wesentliche Verbesserung der Laufökonomie durch Hypohydratation nachgewiesen werden, was wahrscheinlich an den negativen Auswirkungen auf den Wärmehaushalt liegt. Ohnehin ist der Flüssigkeitsverlust während eines Marathons schon so groß, dass man ihn nicht noch zusätzlich provozieren sollte.

Eine weitere Möglichkeit, das Gewicht ohne die Masse zu verändern, wäre den Marathon am Äquator zu laufen, wo die Erdanziehung 0,31% geringer ist als in Berlin. Das würde den Energiebedarf um 0,2% senken und eine 15s schnellere Zeit ermöglichen, allerdings stehen dem die klimatischen Bedingungen entgegen.

Windschatten

Der Energieaufwand für den Vortrieb bei gleichbleibendem Tempo setzt sich aus der Bremswirkung in der Phase des Fußaufsatzes und dem Luftwiderstand zusammen. Letzterer könnte vermindert werden, indem der Windschatten anderer Läufer optimal ausgenutzt wird. Bei einem Abstand von nur 1m würde sich der Luftwiderstand (bei einer Geschwindigkeit von 4,5 m/s) um 93% reduzieren, wobei nur eine Reduktion von 36% zum Durchbrechen der 2h-Marke nötig wäre.

Allerdings gibt es nur wenige Läufer, die das angestrebte Tempo mitgehen und Windschatten bieten können. Das schrittweise Einbringen anderer Läufer auf einem Rundkurs verstößt gegen die IAAF-Regularien, weshalb der Weltrekord nicht anerkannt würde. Geht man davon aus, dass der Windschatten auf der ersten Hälfte des aktuellen Weltrekords optimal ausgenutzt wurde, könnte das Zusammenspiel von 4 Läufern, die im Wechsel 3 min führen, eine Zeit von 58:23 auf der zweiten Hälfte ermöglichen, bei 2 Läufern wäre immer noch eine Zeit von 59:30 möglich.

Rückenwind und bergab laufen

Den gleichen Zweck würde auch Rückenwind erfüllen. Da gemäß den Regularien Start und Ziel maximal 21,1 km Luftlinie voneinander entfernt liegen dürfen, ist Rückenwind auf der gesamten Strecke aber schwer zu realisieren. Wenn jedoch eine windgeschützte 21,1 km langen Schleife wieder am Startpunkt vorbeiführt, ist eine gerade zweite Hälfte mit konstantem Rückenwind möglich. Sofern die erste Hälfte dann in Kimettos Zeit von 1:01:29 gelaufen wird, müsste die zweite Hälfte in 58:30 gelaufen werden. Das erfordert je nach Datengrundlage einen Rückenwind von 2,7-6,01 m/s. Wichtig ist hierbei noch, dass Gegenwind mehr Energie raubt als ein genauso starker Rückenwind nützt.

Auch eine Strecke, die bergab führt, begünstigt den Vortrieb. Die IAAF Regularien lassen aber nur eine maximale Differenz von 42 Höhenmeter zu. Allein dies würde aber den Energieaufwand um 0,9% reduzieren und somit 28 s sparen.

Beinschwung und Schuhe

Der Energieaufwand für den Beinschwung reagiert sehr empfindlich auf die Masse, die dem Bein hinzugefügt wird. Vor allem die Schuhe erhöhen die Masse am Fuß und verschlechtern damit die Laufökonomie. Studien haben gezeigt, dass die Sauerstoffaufnahme um ca. 1% zunimmt, wenn man das Schuhgewicht um 100g erhöht. Daher liegt die Überlegung nah, ganz auf Schuhe zu verzichten.

Allerdings konnte experimentell kein Vorteil gegenüber gedämpften Laufschuhen nachgewiesen werden. Beim Barfußlaufen verringert sich zwar der Energieaufwand durch die wegfallende Masse der Schuhe, es wird aber mehr Energie für das Abfedern des Fußaufsatzes benötigt. Diese beiden Größen halten sich in etwa die Waage.

Daher bietet die Schuhentwicklung viel Potential. Eine Reduktion des Gewichts um 100 g könnte etwa 1% weniger Energieaufwand bedeuten. Zudem können Zwischensohlen mit besserer Federwirkung und eine erhöhte Biegesteifigkeit weitere Verbesserungen bewirken.

Zusammenfassung

Für einen Marathon unter zwei Stunden ist vor allem eine gute Laufökonomie wichtig. Mit 100 g leichteren Schuhen, einer um 42 m abfallenden Strecke und entweder mindestens zwei Läufern, die sich gegenseitig Windschatten geben, oder einem Rückenwind von 6 m/s auf der zweiten Hälfte erscheint dieses Ziel auch heute schon erreichbar.

Nike gibt an, mit dem extra für das #breaking2-Projekt entwickelten Schuh, die Laufökonomie um 4% verbessern zu können. Wenn sich diese Zahlen bestätigen, würde das alleine schon reichen, um die 2h-Marke zu knacken. Stattfinden soll das Ganze noch im Frühling auf dem Rundkurs in Monza bei Windstille und 12° C.

Quellen

Hoogkamer, W., Kram, R., & Arellano, C. J. (2017). How Biomechanical Improvements in Running Economy Could Break the 2-hour Marathon Barrier. Sports Medicine, 1-12.

Joyner, M. J., Ruiz, J. R., & Lucia, A. (2011). The two-hour marathon: who and when?. Journal of Applied Physiology, 110(1), 275-277.