Original article

Hohe Relevanz geländecharakteristischer Unterschiede für durchschnittliche Laufzeiten im Orientierungslauf

Benedikt Gasser, Hans Hoppler
Swiss Health & Performance Lab, Institute of Anatomy, University of Bern

Summary

Background
Orienteering takes place in a range of different areas including mountains and woodlands, whereby motoric and coordinative requirements on the orienteers differ strongly de­pending on the respective terrain. The aim of this study was to investigate differences in average speed of orienteers in three terrain types in Switzerland: Alps, Jura and Mittelland.

Methods
The first 25 runners or the first half of elite categories of the 15 most important orienteering competitions in Switzerland in 2014 were analysed concerning their average speed. Average speed was quantified with the concept of performance per km according guidelines of BASPO (Bundesamt für Sport/Switzerland).

Results
In men, average speed was 5.34 ± 0.76 min per km in the Alps and 5.40 min per km in the Jura, both about one minute
slower than in the woodlands of Mittelland (4.23 ± 0.38 min per km). In women, average speed was 6.89 ± 1.05 min per km in the Alps and 7.40 min per km in the Jura, which was between two and a half and three minutes slower than the average speed in the woodlands of Mittelland (6.35 ± 0.27 min per km).

Discussion
These results can be explained as a consequence of different terrain types. Jura and the Alps are more demanding in terms of biomechanics and coordination compared to those com­petitions of Mittelland. Furthermore, requirements in map reading are higher in Alpine and Jura compared to Mittelland. Additional analyses of the differences in speed revealed that circumstantial factors such as weather, especially in the Alps, are of significant relevance even for high-performance athletes.

Zusammenfassung

Problemstellung
Orientierungslaufen findet in den unterschiedlichsten Gebieten und Waldregionen statt, wobei die motorisch-koordinativen Anforderungen zwischen den Geländetypen stark variieren. Das Ziel dieser Studie war es, den Einfluss der drei unterschiedlichen Geländetypen der Schweiz Jura, Mittelland und Alpin auf die durchschnittlich gelaufenen Geschwindigkeiten im Orientierungslauf zu analysieren.

Methoden
Für die 15 grössten Orientierungsläufe der Wettkampfsaison 2014 wurden jeweils die ersten 25 Läufer respektive die erste Ranglistenhälfte der Elitekategorien bezüglich der durchschnittlich gelaufenen Geschwindigkeiten quantifiziert mit dem Leistungskilometerkonzept analysiert.

Ergebnisse
Es zeigte sich, dass die durchschnittlichen Leistungskilometerschnitte bei den Herren im alpinen Gelände 5.34 ± 0.76 min pro Leistungskilometer und 5.4 im Jura rund eine Minute langsamer waren als in den Wäldern des Mittellands mit 4.23 ± 0.38 min pro Leistungskilometer. Auch die Damen waren durchschnittlich rund eine halbe Minute langsamer unterwegs im alpinen Gelände mit 6.89 ± 1.05 min pro Leistungskilometer und im Jura mit 7.4 min pro Leistungskilometer als in den Wäldern des Mittellands mit 6.35 ± 0.27 min pro Leistungskilometer.

Diskussion
Erklärbar sind diese Resultate durch die oft gesamthaft schlechtere Belaufbarkeit der Gelände des Jura und der Alpen mit den höheren biomechanisch-koordinativen Anforderungen im Vergleich zum Mittelland. Weiter sind die langsameren Durchschnitte im alpinen Gelände und im Jura wohl eine Konsequenz der oft höheren kartentechnischen Anforderungen im Vergleich zum Mittelland. Erweiterte Analysen haben zudem die Bedeutung von situativen Bedingungen (Witterung) insbesondere für das alpine Gelände enthüllt und zeigten, dass diese selbst im hohen Leistungsbereich massgeblichen Einfluss auf die durchschnittliche Geschwindigkeit haben.

Einführung

Orientierungslaufen erfreut sich mittlerweile nicht nur in den skandinavischen Ländern, sondern auch in Kontinentaleuropa zunehmender Beliebtheit. Dazu beigetragen haben auch die Entwicklungen der Technik (GPS), welche die Sportart auch für aussenstehende fassbarer machen und ein entsprechendes Verständnis ermöglichen. [1,2,3] Neben den unzweifelhaft wichtigen physisch-läuferischen Fähigkeiten ist insbesondere auch auf die Bedeutung des Kartenlesens zu verweisen, wobei festzuhalten ist, dass die Leistung respektive die Laufzeit wesentlich durch kartenspezifische Fähigkeiten determiniert wird. [4] Die Bedeutung der kognitiven Komponente dieser Sportart kann somit nicht genügend betont werden, wobei diese Prozesse von Läufern selbst häufig unterschätzt werden. [5] Auch zeigt sich, dass physische Defizite durch geschickten Einsatz der kartentechnisch-kognitiven Komponente kompensiert werden können. So lassen beispielsweise Analysen aus Grossbritanien vermuten, dass mit zunehmenden Alter bis etwa 40 Jahre die physiologisch abnehmenden Möglichkeiten der Ausdauerfähigkeiten durch eine potentiell grössere Erfahrung und deshalb bessere Technik weitgehend kompensierbar sind. [6] Die Wichtigkeit, das Verhalten anzupassen und zu modifizieren respektive ein technisch-taktisches Repertoire abzurufen, scheint beim Orientierungslauf somit besonders wichtig zu sein, was auch durch die Tatsache untermauert wird, dass die lokale Vertrautheit mit dem Gelände bei unterschiedlichen Analysen einen klaren Vorteil darstellte. [7] So konnten beispielsweise Fortschritte in den kartentechnischen Fähigkeiten auf eine bessere räumliche Verarbeitung von Objekten zurückgeführt werden, wobei sich diese Fähigkeiten zwischen Elite- und Hobbyläufern grundsätzlich zu unterscheiden scheinen. [10,11] Zudem scheint dem taktischen Element hohe Relevanz zuzukommen, haben doch intraindividuelle Analysen gezeigt, dass es für einen Orientierungsläufer je nach physischen Fähigkeiten (besonders gute Berglauffähigkeiten) bessere und weniger gut passende Routenwahlen zu geben scheint. [12] Dies ist dahingehend relevant, als dass die optimale Route des schnellsten Vorwärtskommens nicht immer die direkteste ist und die Wahl einer Route unmittelbar von den individuellen physischen Möglichkeiten eines Läufers abhängt.[12] Dies führt unmittelbar zum Aspekt der biomechanischen Anforderungen, wobei diese je nach Gelände stark variieren. So scheinen in einem gut belaufbaren Wald mit wenig Bodenbewuchs und dichtem Wegnetz die physischen Anforderungen stark vergleichbar zu sein mit einem Crosslauf. [12,13] In ruppigem Gelände der Alpen oder des Juras jedoch sind, vergleichbar mit skandinavischem Gelände, die Anforderungen an die Koordination und Propriozeption höher. [12,13] Die skizzierten Anforderungen und Risiken für Läufer führen unmittelbar zur Frage, wie physische Anforderungen einer Orientierungslaufbahn quantifiziert werden können. In der Schweiz hat sich dazu das Konzept des Leistungskilometers durchgesetzt. Im Kern wird bei der Beurteilung des Umfangs einer potenziell zu laufenden Orientierungslaufbahn nicht nur die Strecke (Horizontaldistanz), sondern zusätzlich auch die absolvierte Steigung auf der vom Bahnleger identifizierten Optimalroute mitberücksichtigt. Dabei wird für jeweils hundert absolvierte Höhenmeter zusätzlich ein Leistungskilometer hinzuaddiert respektive entsprechen 100 Höhenmeter Steigung dem Leistungsäquivalent von einem Kilometer Horizontaldistanz. [14] Dieses Prinzip erlaubt es, Strecken mit unterschiedlichsten Gefällecharachteristika zu vergleichen. Dies ist für die Schweiz mit den drei typischen Geländekammern Jura, Mittelland und Alpen insofern bedeutsam, als sich die Laufgebiete respektive Wälder in den jeweiligen Gebieten stark unterscheiden und somit unterschiedliche Anforderungen an die Läufer gestellt werden. Findet man im Nordwesten der Schweiz, dem Jura, vor allem sanfte Hügelzüge durchsetzt mit Weideflächen, so sind es im Mittelland vor allem Kulturwälder mit einem dichten Strassen- und Wegnetz. Alpine und voralpine Läufe finden sodann in ruppigem Gelände und häufig sehr ursprünglichen Wäldern statt, in welchen oft die zivilisatorischen Einflüsse abgesehen von Effekten des Wintersportes (Skilifte, Gondelbahnen und vereinzelte Forststrassen) gering sind. Die Waldstücke sind in aller Regel durch Alpwiesen aufgelockert und der Untegrund ist durch zahlreiche Unebenheiten gekennzeichnet. Zudem sind die Wald- respektive Weidegebiete in vielen Regionen durch vereinzelte Sumpfgebiete durchsetzt. Dabei unterscheiden sich die physischen Anforderungen an die Läufer aufgrund der unterschiedlichen Waldcharachtere massgeblich. So haben beispielsweise Analysen immer wieder auf die Bedeutung der Bodenbeschaffenheit (Untergrund, Vegetation, Steigung) für die gelaufenen durchschnittlichen Geschwindigkeiten verwiesen. [12,13,15] Auch scheinen insbesondere Spitzenläufer im Gelände sich im Durchschnitt schneller fortzubewegen als auf der Strasse im Vergleich zu Hobbyläufern.[15] Dass die Biomechanik respektive das Gangmuster sich beim Laufen auf Waldboden versus auf der Strasse unterscheidet, ist intutitiv nachvollziehbar, wobei weiter der Ermüdungsfaktor am Ende eines Laufes zu erwähnen ist, welcher die Biomechanik insbesondere während dem Kartenlesen massgeblich zu beeinflussen scheint. [16,17] Weiter zeigten Analysen, dass im Wald in Abhängigkeit des Untergrundes tendenziell längere Schritte mit einer grösseren Knieextension, eine geringere totale Hüftbeugung und Dorsalflexion und ein erhöhtes Ausmass der vertikalen Hüftverschiebung im Vergleich zum Rennen auf der Strasse festgestellt werden konnte. [15,17] Diese unterschiedlichen Gangmuster sind wesentlich auf die Bodenbeschaffenheit (Stauden, Steine, Bodenvegetation, allgemeine Unebenheiten) im Vergleich zur Strasse zurückzuführen und begründen die potenziell geringere absolute Fortbewegungsgeschwindigkeit im Vergleich zum Rennen auf einer Strasse. Die hier skizzierten Rahmenbedingungen führen zur Zielsetzung der Arbeit, Unterschiede in den durchschnittlichen Laufgeschwindigkeiten für die drei Hauptgeländekammern der Schweiz Jura, Mittelland und Alpen zu analysieren. Dazu sollen die stattgefundenen Läufe der Saison 2014, respektive die gelaufenen Zeiten miteinader verglichen werden. Dies erlaubt es, die zentrale Fragestellung respektive Hypothese dieser Studie zu formulieren, wobei diese im Sinne einer potenziellen Falsifizierung verfasst wird, dass sich die durchschnittlichen Geschwindigkeiten zwischen den unterschiedlichen Geländetypen Mittelland versus Jura respektive Alpen nicht voneinander unterscheiden. [18]

Methoden

Probanden
Bei den Probanden handelte es sich um Läuferinnen und Läufer der Kategorien Damen Elite respektive Herren Elite, welche in diesen Kategorien im Jahre 2014 Wettkämpfe bestritten. Analysiert wurden jeweils die ersten 25 Läufer oder die erste Hälfte der Platzierungen, respektive die besten 50 Prozent. Allgemein ist die Population somit als homogen zu taxieren, da immer wieder die gleichen Läufer respektive Läuferinnen in die vorderen Ränge liefen. Die Läufe umfassen die Schweizermeisterschaften (Mitteldistanz, Langdistanz, Nacht-OL) sowie die Nationalen Läufe (mit Ausnahme derjenigen welche in der Sprintdisziplin absolviert wurden) sowie die Swiss O Week in Zermatt, welche entsprechend unter die Richtlinien des Schweizerischen Orientierungslaufverbandes (SOLV) fielen. Bei den Wäldern des Mittellandes handelt es sich somit um die Läufe in den Gebieten (Anzahl inkludierte Teilnehmer Damen/Herren) Schönbühl (n = 8/14), Wannental (n = 16/22) und Stetten (n = 14/17). Für den Geländetyp des Jura gab es nur einen Lauf in Bois de la Chaîtes (n = 22/25). Für das alpine Gelände wurden die Laufgebiete Foppa/Runca (n = 14/25), Crap Sogn Gion (n = 8/9), Staffelalp (n = 25/25), Gornergrat (n = 25/25), Grünsee (n = 25/25), Trockener Steg (n = 25/25), Sunegga (n = 25/25), Klausenpass (n = 14/23), Selamatt (n = 18/25), Säntisalp (n = 15/18), Krattigen (n = 14/25) analysiert. Dies führte zu total 268 Laufstarts bei den Damen und 328 Laufstarts bei den Herren.

Statistische Analysen
Für jeden Lauf wurde der Mittelwert und die Standardabweichung der durchschnittlich gelaufenen Zeit in Beziehung gesetzt zu den absolvierten Leistungskilometern, wobei ein Leistungskilometer 100 Meter Steigung oder 1 km Horizontaldistanz entspricht. [14] Weiter wurden alle Laufgebiete einer Geländekammer (Jura, Mittelland, Alpin) zugewiesen und die Durchschnitte der Leistungskilometer für die jeweilige Geländekammer berechnet. Alle Einzelwerte wurden mittels Jarque-Bera-Test auf Normalverteilung geprüft, wobei die Hypothese des Vorliegens einer Normalverteilung auf dem alpha = 0.1 Level für alle Stichproben nicht verworfen werden konnte. [19] Weiter wurde zwischen den durchschnittlichen Leistungskilometern der jeweiligen Läufe und den total absolvierten Leistungskilometern eine lineare Regression berechnet, wobei zusätzlich das Bestimmtheitsmass R2 berechnet wurde. [20] Zur Berechnung und Darstellung wurde GraphpadPrism und Microsoft Excel verwendet.

Resultate

Die nachstehende Abbildung 1 für die Damen und Abbildung 2 für die Herren zeigt die durchschnittlich gelaufenen Leistungskilometerschnitte. Dabei muss auf die geringere Validität der Werte der Geländekammern des Mittellands und des Juras verwiesen werden, da insbesondere bei den Damen die Grösse der untersuchten Gruppe kleiner war.

Abb. 1
Abb. 1: Durchschnittliche Leistungskilometer (Lkm) und Standardabweichungen der Damen nach Geländetyp (Jura, Mittelland, Alpin) der Saison 2014.

 

Abb. 2
Abb. 2: Durchschnittliche Leistungskilometer (Lkm) und Standardabweichungen der Herren nach Geländetyp (Jura, Mittelland, Alpin) der Saison 2014. Da nur ein Lauf im Gelände des Jura stattfand, findet sich keine Standardabweichung. Die Durchschnittszeiten betragen je nach Geländetyp für die Herren im Jura 5.40, im Mittelland 4.23 ± 0.38 und im alpinen Gelände 5.34 ± 0.76 pro Leistungskilometer.

 

Abb. 3
Abb. 3: Durchschnittlich gelaufene Geschwindigkeit pro Leistungskilometer (y-Achse) in Abhängigkeit von den Anzahl Leistungskilometern (x-Achse) für die Damen grau und die Herren schwarz

 

 

 

 

 

 

 

Diskussion

Die im Eingangsteil aufgestellte Hypothese des Vorliegens keiner Unterschiede der durchschnittlichen Geschwindigkeiten darf hier klar falsifiziert werden. Auf der Suche nach den Begründungsfaktoren der tieferen Leistungskilometerschnitte im Mittelland im Vergleich zu den Alpen und dem Jura ist auf die Elemente des Gefälles, der Bodenbeschaffenheit, der Bodenvegetation und auf die unterschiedlichen kartentechnischen Anforderungen zu verweisen. [1,4,5,7,9,10,11,12,13,15,16,17] Vorausgehend sei erwähnt, dass die Resultate dabei nicht so sehr von Untersuchungen in anderen Ländern abweichen, insbesondere auch hinsichtlich der Unterschiede zwischen Damen und Herren. [21] Prinzipiell ist die langsamere Fortbewegungsgeschwindigkeit im alpinen Gelände wohl auf die stark coupierten Abschnitte mit Steinfeldern, Sümpfen und Heidelbeerstauden zurückzuführen, welche eine schnelle Fortbewegung erschweren und entsprechend grössere Anforderungen an die Motorik und die Propriozeption respektive das schon im Eingangsteil erwähnte Gangmuster stellen. Weiter ist auf den geringeren Urbanisierungsgrad alpiner Laufgelände zu verweisen, welche alleine durch das dichtere Wegnetz in Mittellandwäldern mit absolut höherem Anteil von reinem Strassenlaufen durchschnittlich schnellere Leistungskilometerschnitte zur Konsequenz haben. [13] Wenn man gleichwohl versucht, mittels statistischer Verfahren Zusammenhänge zu explorieren, so wird ersichtlich, dass die totale Zahl der absolvierten Leistungskilometer als Korrelat der Streckenlänge nur bedingt zur Varianzaufklärung beiträgt. Dies ist nur beschränkt mit Befunden des Langstreckenlaufs vereinbar, wo in aller Regel bei einem Läufer des Leichtathletikbereiches, welcher die 5 km zwischen 15 bis 16 Minuten läuft, die Kilometerschnitte um rund 10 bis 15 sec langsamer sind über 10 km, wobei sich dies aufgrund von physiologischen Restriktionen insbesondere des kardiopulmonalen Systems und der Skelettmuskulatur ergibt. [22,23,24,25,26] Hinsichtlich der Begründungsfaktoren für diesen geringen Zusammenhang muss somit auf die bereits erwähnten unterschiedlichen biomechanisch-propriozeptiven Anforderungen der Laufgelände verwiesen werden. So ist zu erwähnen, dass sich gerade Läufe im alpinen Gelände durch ein grösseres Ausmass an exzentrischer versus konzentrischer Muskelarbeit insbesondere beim Talwärtslaufen auszeichnen. Diesen Läufen ist das Charachteristikum eigen, dass der Start häufig höher liegt als das Ziel und somit relativ lange Phasen bei grossem Gefälle absolviert werden. Exzentrische Muskelarbeit hat auch kardiopulmonal anders geartete, respektive geringere Belastungsstärken zur Konsequenz, was entsprechend neben anderen Faktoren den geringen Zusammenhang zwischen der Streckenlänge und der durchschnittlichen Geschwindigkeit erklären kann. [27] Weiter ist auch auf die Bodenbeschaffenheit zu verweisen. Man weiss beispielsweise aus der Laufschuhforschung, dass selbst geringste Unebenheiten respektive Bewegungen den Energieverbrauch signifikant erhöhen. [28] Entsprechend scheinen der Untergrund und die Gefällecharachteristika wesentlichen Einfluss auf die Fortbewegungsgeschwindigkeit zu haben. Die Unterschiede sodann jedoch nur auf die unterschiedlichen exzentrischen Anforderungen und die Biomechanik zurückzuführen, würde wohl der Komplexität nicht gerecht, umfasst doch das Orientierungslaufen neben dem rein läuferischen Element auch ein kartentechnisches. Bezüglich der kognitiv-technischen Anforderungen ist zu erwähnen, dass diese weniger umfassend verstanden sind. [1,4,5,8,29,30] Gleichwohl muss vermutet werden, dass die grossen identifizierten Unterschiede der Geschwindigkeiten der unterschiedlichen Geländekammern neben den erhöhten biomechanisch-propriozeptiven Anforderungen in den Alpen und im Jura im Vergleich zum Mittelland auch auf unterschiedliche kognitive Anforderungen zurückzuführen sind, wobei interssanterweise die kognitive und die physische Komponente miteinander korreliert zu sein scheint. [1,4,5,8,29,30] So zeigten Analysen von Orientierungsläufern mit gutem Niveau, dass kognitive Aufgaben am besten im Bereich der anaeroben Schwelle gelöst werden konnten. [30] Dass das Zentralnervensystem jedoch den gleichen Restriktionen unterliegt wie das kardiopulmonale mit dem linearen Verhalten von Sauerstoffaufnahme und Leistungsfähigkeit, ist aufgrund von anatomischen und physiologischen Bedingungen (Anordnung insbesondere von Aktin- und Myosinfilamenten) auf zellulärer Ebene nicht zu vermuten. Diese Prozesse sind nicht abschliessend verstanden, und eine Klärung scheint ausser Sicht. Somit bleibt die Diskussion der Begründungsfaktoren spekulativ. Es ist jedoch zu vermuten, dass selbst in dieser Stichprobe von Eliteläufern die langsameren Schnitte in den Geländen des Jura und der Alpen auch auf die geringere Vertrautheit mit diesen Geländetypen zurückzuführen ist, da neben den zweifelslos zu vermutenden grösseren technischen Anforderungen in den Alpen und im Jura, somit auch die kartentechnischen Fähigkeiten weniger ausgebildet sind, auch aufgrund der bezogen auf alle je absolvierten Läufe eines Orientierungsläufers vermutlich geringere Zahl von Läufen in diesen Geländekammern als in den jederzeit gut zugänglichen Wäldern des Mittellands. Entsprechend gilt es auch aus kartentechnischer Sicht, dass ein Training unmittelbar in vergleichbaren Geländen die Laufzeiten optimieren wird.

Praktische Implikationen

Die hier berechneten Analysen stammen aus dem Elitebereich und verdeutlichen die grosse Spannweite der durchschnittlichen Geschwindigkeit beim Orientierungslaufen in Abhängigkeit der Geländekammern Jura, Mittelland und Alpen.
Die unterschiedlichen Geschwindigkeiten können auf physiologisch unterschiedliche Anforderungen der Geländekammern zurückgeführt werden, wobei die Resultate auch als Bestätigung der unterschiedlichen Formen von Muskelarbeit verstanden werden können, wobei gerade im alpinen Gelände vermutlich der Anteil von exzentrischer Muskelarbeit beim Talwärtslauf gross ist.
Läufer könnten somit durch gezieltes Training der Geländegängigkeit insbesondere für das alpine Gelände Elemente der Propriozeption und der exzentrischen Muskelarbeit optimieren und somit die physischen Restriktionen vermindern.

Korrespondenzadresse

Benedikt Gasser
SWISS HEALTH & PERFORMANCE LAB
Institute of Anatomy
University of Bern
Baltzerstrasse 2
CH-3012 Bern
Tel. +41 31 631 84 68
Fax +41 31 631 38 07
http://www.shpl.ch
gasser@pyl.unibe.ch


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