Zware schoenen vreten energie, maar de wandelaar merkt daar weinig van

Probeer dat eens: lopen met stijve benen, lopen zonder de knieën te buigen en zonder tegelijk heen en weer te schommelen als een pinguïn. ’t Gaat nét zonder dat de voet van het been dat naar voren zwaait over de grond sleept. Maar aan traplopen valt niet te denken.

Het simpelste model dat het lopen as such aardig beschrijft ziet er ongeveer uit zoals dat lopen met stijve benen. Het is het ‘omgekeerde slinger-model’ (de inverted pendulum, zie Wikipedia), dat al zo’n zestig jaar bestaat. De stijve benen van dit virtuele model draaien aan de bovenkant om een virtueel heupgewricht dat voor de gelegenheid is samengebracht met het zwaartepunt van het lichaam. De voeten zijn puntvormig en hebben geen gewicht.

Het model laat zien hoe het lichaamszwaartepunt elke keer door het werkende been omhoog en naar voren wordt gebracht. Het zwaartepunt stijgt en daalt, vertraagt en versnelt. Met wat aannames en randvoorwaarden is aardig te becijferen hoeveel arbeid het aanhouden van een bepaald wandeltempo kost en vervolgens hoeveel metabole energie daarvoor nodig is (ruwweg vier keer zoveel).

Het blijkt heel behoorlijk overeen te komen met de uitkomst van metingen aan levende lopende mensen op een loopband. De verrichte arbeid wordt daar afgeleid uit de bewegingen van het zwaartepunt en/of de analyse van de verticale en horizontale reactiekrachten die de voeten opwekken in de loopband. Verbruik en productie van zuurstof en CO₂ zijn de maat voor de ingezette metabole energie. Het is een apart vakgebied dat inmiddels een mer à boire aan artikelen heeft opgeleverd. Er worden almaar betere modellen ontwikkeld om de verrichte arbeid te berekenen want het werk staat in dienst van de sportbeoefening en sportlieden zijn ziekelijk bezorgd over hun energieverbruik.

Platen piepschuim op een loopband

Enfin, het nieuwste nieuws was dat wetenschappers in Calgary alsnog het inverted-pendulum-model hebben ingezet om de finesses van het lopen over oneffen terrein te onderzoeken. Want dat was nog niet gebeurd. De oneffenheden werden nagebootst door platen piepschuim van maximaal 4,5 cm dik op een loopband te plakken – links op een andere plaats dan rechts omwille van de natuurlijkheid – en daar jonge proefpersonen wandelingen van zes minuten over te laten maken.

Er is volgens de regels van de kunst gemeten en vergeleken. De afzet en landing van de voeten bleek anders dan op een vlakke loopband, er is nog het een en ander vastgesteld en nu hoop je maar dat de onderzoekers iets ontdekken dat de moeite waard is. Het probleem is dat de oneffenheden niet oneffener gemaakt kunnen worden dan is gedaan want dan gaan de proefpersonen te veel hun knieën buigen bij het lopen en lijkt het niet meer op het model van de omgekeerde slinger. De hiker die door drassig terrein met pollen pijpenstrootje trekt heeft er niets aan. Je vermoedt dat niet elke nieuwe meting gelijk een doorbraak is.

Als vanzelf verschoof de belangstelling naar klassiek loopband-onderzoek waar de hiker wel wat aan heeft: onderzoek naar de vraag of het gewicht van wandel- of bergschoenen van invloed is op het energieverbruik van de wandeling of bergtocht. Dit werk kreeg een goede start van de inspanningen van Sid Robinson, fysioloog en hardloper, die in 1943 met collega’s van Indiana University de proef op de som nam. Proefpersonen kregen schoenen te dragen die per paar 1,4 tot 4,4 kilogram wogen en liepen daarmee in een tempo van 4,4 km/u. Opvallende conclusie: een extra gewicht van 1 kg in de schoenen vraagt net zoveel extra energie van het metabolisme als 4 kg extra in de rugzak.

Een uitvoerig onderzoek in 1953 van het Max Planck-Institut für Arbeitsphysiologie aan een (één) proefpersoon voorzien van een rugzak met loden platen en een hele serie zware schoenen gooide dit beeld weer overhoop. Het energieverbruik (gemeten als zuurstofverbruik) leek daar juist af te nemen naarmate de schoenen met wat lood zwaarder werden gemaakt – totdat de voeten in loodzware Duitse legerlaarzen van 1,8 kg per stuk werden gestoken. Toen nam het toe.

Onderzoek in 1968 aan twee heel kleine, licht uitgevallen mijnwerkers in Johannesburg versterkte de indruk. Bij een loopsnelheid van 4,8 km/u brachten zwaardere schoenen (tot 2,95 kg per paar) nauwelijks extra zuurstofverbruik met zich mee. Dat zou hoogstens gebeuren als de twee kleine mijnwerkers harder gingen lopen, dachten de onderzoekers, maar dat deden ze alleen aan het eind van hun shift.

Wat er sindsdien allemaal is veranderd viel niet zomaar na gaan maar uiteindelijk stelde zich het beeld van Sid Robinson opnieuw in: zware schoenen hebben een onevenredig sterk effect op het energieverbruik van het lopen. De vuistregel is dat 100 gram extra schoengewicht het energieverbruik van het lopen met 0,7 tot 1 procent vergroot. Brits onderzoek uit 1986 waarbij ook plaatjes lood op de schoenen werden gemonteerd toonde aan dat een gewicht op de schoenen 6,4 maal zoveel effect had op het energieverbruik als hetzelfde gewicht in de rugzak. Bracht je gewicht van de rugzak naar de schoen dan nam het energieverbruik dus toe maar – let op – bijna zonder dat dit werd opgemerkt. Het ‘comfort’ veranderde nauwelijks. Dat is, excusez le mot, het verneukeratieve: zware schoenen vreten energie maar je merkt het nauwelijks. TNO-onderzoek uit 1992 toonde het extra energieverbruik opnieuw aan, nu ten opzichte van een heuptas (waist pack), maar kwam uit op een lagere factor, niet 6,4 maar iets tussen 1,9 en 4,7. Ook hier schemert vaag de indruk dat het extra gewicht van zware schoenen niet erg gevoeld wordt. De vraag is dus: waarom zou je nog hoge wandelschoenen kopen die meer wegen dan 1 kg per paar?