Die Konzepte der kritischen Leistung (Critical Power) im Ausdauersport und der „kritischen Geschwindigkeit“ (Critical Speed) im Laufen spielen in der Sportphysiologie eine große Rolle. Ohne vorwegzunehmen, wie belastbar das im Radsport oder in anderen Disziplinen ist, zeigt sich zumindest fürs Laufen, dass das Konzept der kritischen Geschwindigkeit in dieser Form ein Holzweg ist. Genau zu diesem Schluss kommt ein wissenschaftlicher Artikel, veröffentlicht 2022 von einem spanischen Forschungsteam.
Das Konzept der kritischen Leistung wurde 1965 durch die Arbeiten von Monod und Scherrer entwickelt. Im Laufsport wurde es erst deutlich später populär, vor allem durch die Vermarktung von Stryd-Leistungssensoren, mit denen sich eine „kritische Leistung“ berechnen lässt.
Laufleistung in Watt beschreibt den Aufwand, der nötig ist, um dich fortzubewegen. Auf flachem, festem Untergrund und ohne Wind gilt, bleibst du im gleichen Tempo, bleibt auch die Leistung konstant. Für das Laufen auf der Ebene wird kritische Leistung deshalb oft mit kritischer Geschwindigkeit gleichgesetzt.
Auf dem Rad ist das nicht automatisch so, denn selbst wenn der Fahrer aufhört zu treten (Leistung gleich null), ist die Geschwindigkeit nicht null, besonders bergab.
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Definition der kritischen Geschwindigkeit
Das Modell der kritischen Geschwindigkeit nimmt an (und genau das ist der Knackpunkt: fälschlicherweise), dass zwischen der Durchschnittsgeschwindigkeit bei maximalen Belastungen von 2 bis 15 Minuten eine hyperbolische Beziehung besteht.
Die kritische Geschwindigkeit eines Läufers wird über maximale Anstrengungen an verschiedenen Tagen bestimmt, jeweils über 2 bis 15 Minuten. Praktisch heißt das im Laufsport zum Beispiel, ein 1500 m und ein 5000 m „all out“ zu laufen.
Aus diesen zwei Ergebnissen soll man dann die erzielte Durchschnittsgeschwindigkeit gegen die Belastungszeit auftragen können. Mit der „Magie“ hyperbolischer Zusammenhänge lässt sich die Distanz in Abhängigkeit von der Zeit linearisieren. Dadurch kann man eine Gerade durch die Punkte legen. Die Steigung dieser Geraden wäre dann die kritische Geschwindigkeit.
Das ursprüngliche Critical-Power-Konzept von Monod und Scherrer (1965) besagt, dass die kritische Leistung diejenige Leistung ist, die man „über eine sehr lange Zeit ohne Ermüdung“ halten kann, später wurde teils sogar von „nahezu unbegrenzt“ gesprochen. Ein halbes Jahrhundert später orientieren sich viele Physiologen noch immer an dieser Definition.
Ich weiß nicht, wie es dir geht, aber für mich ist eine Geschwindigkeit „ohne Ermüdung“ etwas, das ich 5 bis 6 Stunden locker laufen kann, also Grundlagenausdauer. Laut Berechnungen liegt die kritische Geschwindigkeit in den meisten Studien am Ende aber bei einer Intensität, die maximal 20 bis 60 Minuten haltbar ist. Das klingt eher nach einem Tempo nahe der anaeroben Schwelle (da musst du arbeiten) als nach „easy pace“.
Aus Wettkampfzeiten in der Leichtathletik, also aus persönlichen Bestleistungen oder Saisonbestzeiten, lässt sich diese kritische Geschwindigkeit recht einfach berechnen. Und man sieht schnell, dass es nur mäßig gut funktioniert, denn je nachdem, welche Distanzen du auswählst, verändert sich die kritische Geschwindigkeit deutlich.
Beispiel: kritische Geschwindigkeit für einen Läufer berechnen
Nach dem Critical-Speed-Modell ergibt sich, wenn man die Gerade zwischen zwei Punkten im Bereich von 2 bis 15 Minuten zieht, hier zwischen 1500 m und 5000 m, folgende Gleichung:
d = VC * t + d‘
Im Beispiel des Äthiopiers Haile Gebreselassie liegt die kritische Geschwindigkeit (VC, auf Englisch critical speed, CS) bei 23,0 km/h und d‘ = 0,147 km. d‘ wird manchmal als anaerobe Distanzkapazität bezeichnet. Laut den Autoren des Modells wäre das die Strecke, die man ausschließlich mit anaeroben Reserven „zusätzlich“ laufen kann.
Diese Distanzgleichung lässt sich auch in eine Geschwindigkeitsform umstellen, indem man die Distanz durch die Zeit teilt. Dann erhält man:
v(kritische Geschwindigkeit) = VC + d‘ / t = 23,0 + 0,147 / t
Oder noch besser ausgehend von einer Wettkampfdistanz: v(kritische Geschwindigkeit) = VC / (1 – d’/d)
Demnach könnte Haile Gebreselassie 23 km/h „sehr lange“ halten. Bei einer Stunde (t = 1) käme er sogar auf 23,147 km/h. Sein Stundenrekord liegt jedoch bei 21,29 km/h, wie weiter unten zu sehen ist.
„Gebre“ läuft 5 km in 23,7 km/h und 10 km in 22,75 km/h. Diese kritische Geschwindigkeit kann er also nur ungefähr 20 Minuten halten. Von „sehr langer Zeit ohne Ermüdung“ ist das weit entfernt. Ist das Critical-Speed-Modell im Laufen überhaupt schlüssig?
Die 4 Grenzen des Konzepts „kritische Geschwindigkeit“ laut spanischem Artikel
- Die Inkonsistenz der experimentellen Belege für die klassische Definition von kritischer Leistung und kritischer Geschwindigkeit.
- Die sehr breite Spanne relativer Intensitäten, bei denen kritische Leistung bzw. kritische Geschwindigkeit identifiziert wurde.
- Die willkürliche Auswahl der Testdauern, die zur Bestimmung von kritischer Leistung und kritischer Geschwindigkeit herangezogen werden.
- Die ungeeignete Wahl eines hyperbolischen Funktionsmodells, um die Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Zeit zu beschreiben.
Ganz konkret: Die Physiologen sind sich nicht einmal einig, welche Referenzzeiten man überhaupt nehmen soll. Einige Publikationen empfehlen eine erste Zeit zwischen 2 und 3 Minuten und eine zweite zwischen 10 und 15 Minuten. Andere empfehlen eher eine zweite Zeit um 20 Minuten, manchmal sogar jenseits von 40 Minuten.
Wenn die hyperbolische Modellierung für Belastungen zwischen 2 Minuten und 1 Stunde tatsächlich gelten würde, dürfte die Steigung der Geraden nicht so stark von diesen Unterschieden abhängen. Dann wäre die berechnete kritische Geschwindigkeit unabhängig davon, welche längere Testdauer du auswählst.
Um zu prüfen, ob die gewählten Distanzen die kritische Geschwindigkeit beeinflussen, nahmen die spanischen Forscher die Wettkampfergebnisse aus 2019 von 10 nationalklassigen Athleten und Athletinnen. Für jede Person lagen Zeiten über 1500 m, 3000 m, 5000 m und 10000 m vor.
Verwendet man nur 1500 m, 3000 m und 5000 m, ergibt sich eine mittlere kritische Geschwindigkeit von 19,6 km/h (96,9 % der Durchschnittsgeschwindigkeit über 5000 m). Nimmt man zusätzlich 10000 m dazu, sinkt der Mittelwert auf 18,7 km/h (97,7 % der Durchschnittsgeschwindigkeit über 10000 m). Die kritische Geschwindigkeit hängt also vor allem davon ab, welche längste Distanz du für die Berechnung auswählst, das sieht man später auch am Beispiel von Haile Gebreselassie.
Hinzu kommt: In der wissenschaftlichen Literatur findet man Aussagen, dass diese kritische Leistung sehr niedrig sein kann, teils unter 40 % der maximalen Leistung. Andere Autoren schreiben, die kritische Geschwindigkeit liege nahe der VMA, also der maximalen aeroben Geschwindigkeit, oder sogar darüber. Diese enorme Streuung ist ein direktes Symptom der uneinheitlichen Definition von Critical Speed.
Und wie lässt sich Laufgeschwindigkeit sinnvoll modellieren?
Das hyperbolische Modell entspricht einer Potenzbeziehung zwischen Zeit und Leistung. Die Referenzarbeit zu diesem Ansatz stammt aus dem Jahr 1925, also aus einer Zeit, in der der Franzose Jean Bouin den Stundenweltrekord mit 19.021 m hielt und längere Distanzen kaum gelaufen wurden.
In der Praxis haben wir jedoch 2018 zusammen mit früheren Kollegen aus CNRS und MIT gezeigt, dass eine Modellierung mit logarithmischer Darstellung von Zeit und Leistung deutlich bessere Ergebnisse liefert, besonders im Halbmarathon und Marathon.
Das Beispiel der persönlichen Rekorde von Haile Gebreselassie, ehemaliger Weltrekordhalter über 5000 m und 10000 m und Weltklasse-Marathonläufer, ist dabei sehr aussagekräftig. Für die Berechnungen wurden alle Leistungen von 3000 m bis Marathon berücksichtigt, nicht nur 1500 m und 5000 m wie oben. Die 23,0 km/h aus der vorherigen Critical-Speed-Rechnung weiterzuverwenden, wäre ohnehin wenig sinnvoll gewesen, denn dann lägen viele seiner Leistungen über der kritischen Geschwindigkeit. Das wäre für das Modell noch ungünstiger.
Die Tabelle unten zeigt die tatsächliche Geschwindigkeit (2. Spalte) seiner Bestleistungen, dann die über kritische Geschwindigkeit geschätzte Geschwindigkeit (3. Spalte) und die über das CNRS/MIT-Modell geschätzte Geschwindigkeit (5. Spalte). Dazu jeweils die prozentuale Abweichung zwischen Theorie und Realität.
Gebreselassie wurde gewählt, weil er eine breite Palette an Distanzen gelaufen ist, Bahn und Straße, ähnlich wie Marathon-Weltrekordler Eliud Kipchoge.
Ein positiver Prozentwert (Spalten 4 und 6) bedeutet, dass der Läufer langsamer war als vorhergesagt, seine Leistung ist relativ gesehen also schwächer als auf anderen Strecken. Ein negativer Wert bedeutet umgekehrt, dass er besser war als die Vorhersage. Das sind dann seine stärksten Leistungen.
Das Critical-Power-Modell ist in diesem Vergleich nur über 15 km und 25 km „besser“ (-0,60 % und 0,10 %), zwei Distanzen, die selten gelaufen werden. Hier ist das CNRS/MIT-Modell in Wahrheit stimmiger, denn 1,23 % und 0,79 % zeigen, dass diese Leistungen relativ nicht voll ausgereizt waren (positiver Wert), eben weil diese Distanzen selten als Hauptwettkampf gelaufen werden. Interessant: Über 10 Miles (16,09 km) ist er sogar schneller als über 15 km. Ein klarer Hinweis, dass sein 15-km-Rennen für ihn eher Durchschnitt war, für Normalsterbliche natürlich trotzdem überragend.
Das CNRS/MIT-Modell zeigt außerdem, dass „Gebres“ Leistungen über 5000 m und 10000 m seine besten sind. Genau das ist zu erwarten, denn es waren damals Weltrekorde.
Für die folgende Übersicht wurden die Geschwindigkeiten mit der offiziellen Distanz als Eingangsparameter berechnet.
| Distanz (km) | Reale Geschwindigkeit (km/h) | Geschwindigkeit (Critical-Modell) | v(VC) / v – 1 | Geschwindigkeit (MIT-/CNRS-Modell) | v(MIT) / v – 1 |
| 3 | 24,26 | 28,62 | 17,93% | 24,30 | 0,16% |
| 3,22 | 24,08 | 27,83 | 15,57% | 24,20 | 0,49% |
| 5,00 | 23,70 | 24,54 | 3,55% | 23,54 | -0,70% |
| 10,00 | 22,75 | 22,18 | -2,49% | 22,50 | -1,10% |
| 15,00 | 21,62 | 21,49 | -0,60% | 21,88 | 1,23% |
| 16,09 | 21,74 | 21,40 | -1,60% | 21,78 | 0,15% |
| 20,00 | 21,51 | 21,16 | -1,61% | 21,45 | -0,26% |
| 21,10 | 21,48 | 21,11 | -1,76% | 21,37 | -0,54% |
| 21,29 | 21,29 | 21,10 | -0,87% | 21,35 | 0,33% |
| 25,00 | 20,94 | 20,97 | 0,10% | 21,11 | 0,79% |
| 42,195 | 20,42 | 20,66 | 1,17% | 20,32 | -0,50% |
Am Beispiel Gebreselassie sieht man übrigens auch, als Ergänzung zum spanischen Artikel: Je mehr Rennen du in die Berechnung der kritischen Geschwindigkeit aufnimmst, desto weiter sinkt sie (die 2. Zeile berücksichtigt die ersten beiden Distanzen, die 3. Zeile die ersten drei, und so weiter). Die kritische Geschwindigkeit liegt damit zwischen 20,23 km/h und 22,96 km/h. Das sind über 11 % Unterschied. Welche soll man denn nun verwenden?
| Distanz (km) | Reale Geschwindigkeit (km/h) | Kritische Geschwindigkeit (km/h) |
| 3 | 24,26 | – |
| 3,22 | 24,08 | 21,82 |
| 5,00 | 23,70 | 22,96 |
| 10,00 | 22,75 | 22,14 |
| 15,00 | 21,62 | 21,13 |
| 16,09 | 21,74 | 21,12 |
| 20,00 | 21,51 | 21,03 |
| 21,10 | 21,48 | 21,00 |
| 21,29 | 21,29 | 20,92 |
| 25,00 | 20,94 | 20,72 |
| 42,20 | 20,42 | 20,23 |
Ich hoffe, dieser Artikel hat dir geholfen, die Grenzen der kritischen Geschwindigkeit zu verstehen, und macht dir Lust, tiefer einzusteigen. Unten findest du zwei frei zugängliche wissenschaftliche Artikel (auf Englisch).
Wenn du im Lauftraining mit Leistung arbeitest, musst du deinen Stryd-Sensor nicht wegwerfen. Auch wenn das Critical-Power-Konzept insgesamt nicht besonders konsistent ist, können dir deine Leistungskurven grundsätzlich dabei helfen, die Leistung abzuschätzen, die du für eine bestimmte Dauer wahrscheinlich halten kannst.
Du kannst deine nächsten Wettkampfleistungen auch mit unserem Online-Performance-Predictor fürs Laufen schätzen, basierend auf dem CNRS/MIT-Modell.
Laufleistung ist besonders auf welligen Strecken sinnvoll und kann dir helfen, deine Renneinteilung und dein Pacing besser zu steuern. Wenn du in deinem Training mit kritischer Leistung arbeitest und das für dich gut funktioniert, ist es sehr wahrscheinlich, dass die von Stryd ausgegebene kritische Leistung nahe an deiner Leistung an der anaeroben Schwelle liegt, die man theoretisch etwa 40 Minuten bis 1 Stunde halten kann. Wenn du dann mit Prozentsätzen der kritischen Leistung oder mit Prozentsätzen der Schwellenleistung trainierst, landest du in der Praxis bei sehr ähnlichen Trainingsbereichen.
Der Artikel, der das Konzept der kritischen Leistung im Laufen kritisch hinterfragt:
Gorostiaga EM, Sánchez-Medina L, Garcia-Tabar I. Over 55 years of critical power: Fact or artifact? Scand J Med Sci Sports. 2022 Jan;32(1):116-124.
Der Artikel zur Performance-Modellierung im Laufen mit logarithmischer Darstellung von Zeit und Geschwindigkeit:
Mulligan M, Adam G, Emig T. A minimal power model for human running performance. PLoS One. 2018 Nov 16;13(11):e0206645.