100-meter sprint running : event analysis and programming of training and coaching

Abstract

Tässä työssä esitetään ensiksi 100 metrin pikajuoksun lajianalyysin biomekaniikkaa sekä tekniikkaa suorituksen jokaisessa neljässä vaiheessa: telinelähtövaihe, kiihdytysvaihe, maksimaalisen nopeuden vaihe ja nopeuden hidastumisvaihe. Fysiologian osalta työssä kuvataan hermolihasjärjestelmän ja energiantuoton toimintaa pikajuoksusuorituksessa. Valmennuksen ohjelmointiosiossa esitetään pikajuoksun vuosisuunnitelma ja eri valmennusjärjestelmiä. Harjoittelun jaksottamisessa käsitellään pikajuoksu- ja voimaharjoittelua, palautumisen kokonaisuudessa ravintoa ja unta, sekä harjoittelun erityispiirteitä kuten harjoittelun seurantaa, testaamista ja kunnon huipentamista. Työn lopussa lyhyt yhteenveto lajin tasosta maailmalla ja Suomessa sekä pohdintaan haasteista suomalaisessa pikajuoksuvalmennusjärjestelmässä. Biomekaniikka ja tekniikka. Juoksunopeus (V=velocity) voidaan laskea kertomalla askelpituus (SL=stride length) askeltiheydellä (SR=stride rate): V = SL x SR. Yksi askel koostuu ratakontaktista sekä lentovaiheesta. Ratakontakti voidaan jakaa jarrutus- ja työntövaiheeseen. Jarrutusvaihe alkaa siitä hetkestä, jolloin piikkari ensiksi koskettaa rataa, joka tulisi tapahtua aikuisella juoksijalla vähemmän kuin 20 cm juoksijan kehon painopisteen pystylinjan edessä. Työntövaihe alkaa siitä hetkestä, kun kehon painopiste siirtyy ko. pystylinjan etupuolelle. Jarrutusvaiheessa juoksunopeus hidastuu ja työntövaiheessa kiihtyy. Jarrutusvaiheessa voimantuotto tulisi tapahtua mahdollisimman pystysuuntaisesti ja työntövaiheessa mahdollisimman vaakasuuntaisesti. Kontakti- ja lentoaikojen suhde vaihtelee juoksun erivaiheissa siten, että kiihdytysvaiheessa kontaktiajat ovat pisimpiä (140–200 millisekuntia), josta ne lyhenevät huippupikajuoksijoilla maksimaalisen nopeudenvaiheessa 80–90 millisekuntiin. Maksimaalisen nopeudenvaiheessa jarrutuksen kesto on hieman lyhyempi kuin työnnön kesto. Hermolihasjärjestelmä ja energiantuotto. Pikajuoksijalle on eduksi lihassolujakauma, jossa nopeiden motoristen yksiköiden suhteellinen määrä alaraajoissa on suurempi kuin hitaiden motoristen yksiköiden. Perimä määrittää eri tutkimusten mukaan 47–78 % lihassolutyyppien jakaumasta (motorinen yksikkö koostuu aina saman tyypin hermosto-osasta ja lihassoluista). Maksimaalisessa 100 metrin juoksussa rekrytoidaan mahdollisimman voittopuolisesti nopeita motorisia yksiköitä (nopeita lihassoluja). Energiantuotollisesti maksimaalisen 100 metrin pikajuoksusuorituksen aikana energiaa tuotetaan ensimmäisten 50–60 metrin aikana välittömien energialähteiden adenosiinitrifosfaatin (ATP) ja fosfokreatiinin (FK) avulla. Juoksun loppuosassa myös anaerobinen glyykolyysi aktivoituu voimakkaasti. FK:n ja anaerobisen glykolyysin osuus ATP:n tuottamisessa on maksimaalisessa 100 metrin suorituksessa noin 50 % / 50 %. Kaikkia energiantuottotapoja voidaan edistää harjoittelulla ja optimaalisella ravinnolla. Urheilija-analyysi. Nopeus: Pikajuoksussa ratkaisevin fyysinen ominaisuus on nopeus. Huippumiespikajuoksija voi ylittää 100 metrin kilpailun aikana yli 11,5 m/s nopeuden (lentävä 20 m < 1,74 s) ja huippunaispikajuoksija yli 10,5 m/s nopeuden (lentävä 20 m < 1,92 s). Huipuilla sekä miehillä että naisilla maksiminopeus ajoittuu 50–70 metrin kohdalle. Lajivoima: Pikajuoksussa voimaominaisuuksista ratkaisevin on lajivoima eli se kuinka tehokkaasti juoksija kykenee tuottamaan voimaa rataan lyhyen askelkontaktin aikana. Huippupikajuoksijat kykenevät tuottamaan rataan suuremmat reaktiovoimat lyhemmällä kontaktiajalla verrattuna hitaampiin juoksijoihin. 100 metrin juoksun aikana voimaa tuotetaan pääasiassa vain pysty- ja vaakasuuntaan (sivusuuntaan tuotettu voima on hyvin vähäistä). Kiihdytysvaiheessa vaakavoiman seurauksena nopeuden on mahdollista kiihtyä (jarrutusvoima < työntövoima). Kiihdytysvaiheessa pystyvoimaa tarvitaan nostamaan juoksijan painopistettä ylöspäin valmiit -asennon tasosta pystyjuoksun tasoon. Maksiminopeudenvaiheessa vaakavoiman rooli on vähäisempi, koska etenemisnopeus on vakio (jarrutusvoima = työntövoima). Näin ollen, pystyvoiman merkitys on suurempi, koska sen avulla pyritään vastustamaan maan vetovoiman vaikutusta juoksijaan sekä mahdollistamaan pitkä juoksuaskel suurella työntövaiheen resultanttivoimalla. Huippumiespikajuoksijoilla askelpituus on 1,4 x juoksijan oma pituus ja huippunaispikajuoksijoilla 1,3 x juoksijan oma pituus. Voimatestien arvoja: Huippumiespikajuoksijoilla syväkyykkytulos on noin 2,5 x oma paino ja raaka rinnallevetotulos noin 1,8 x oma paino. Huippunaispikajuoksijoilla vastaavat kertoimet ovat 2,0 ja 1,5. Nopeusvoimaa mittaavissa hyppytesteissä miesten tulokset vaihtelevat vauhdittomassa 5-loikassa 17–19 m:n ja kevennyshypyssä 65–75 cm:n välillä. Naisilla vastaavat tulokset ovat 15–16 m ja 55–60 cm. Harjoittelun ohjelmointi. Yleisurheilussa harjoittelun vuosisuunnitelma rakennetaan yleensä kahteen toisiaan mukailevaan sykliin (halli- ja ulkoratakausi). Harjoitussuunnitelma tehdään johdonmukaisen ja edistävän harjoittelun takaamiseksi. Harjoitussuunnitelman tulee sisältää johdonmukaisesti toisiaan seuraavia vaiheita alkaen peruskuntokaudesta ja edeten kilpailuihin valmistavaan kauteen ja itse kilpailukauteen. Harjoittelun kuormittavuutta tulee säädellä ensisijaisesti harjoittelun intensiteetin ja volyymin muutoksilla. Kilpailukaudella palautumisen lisäksi on tärkeää onnistunut kunnon huipentaminen (”piikkaus”) pääkilpailujen kohdalla. Ennen kaikkea harjoittelun tulee olla yksilöityä ja progressiivista. Viikkorytminä harjoittelukaudella käytetään eniten 2:1-jaksoa eli kaksi kovaa viikkoa ja yksi kevyt palautumisviikko. Luonnollisesti myös muita versioita lähellä tuota käytetään. Kilpailukaudella kilpailujen määrä vaikuttaa eniten jaksotteluun. Kilpailuja tulee olla koko vuonna halli- ja ulkoratakilpailut huomioiden 20–30 huippu-urheilussa. Viikon keskimäärinen harjoitusten määrä vaihtelee paljon. Tyypillinen tehoharjoitusten määrä on harjoittelukaudella viisi ja valmistavia ja palauttavia harjoituksia voi olla sama viisi. Kilpailukaudella määrä putoaa selvästi mentäessä kohti pääkilpailua. Juoksuharjoittelu. Pikajuoksijan juoksuharjoittelu sisältää nopeusharjoittelun ja nopeuskestävyysharjoittelun. Maksimaalinen (96–100 %) ja submaksimaalinen (90–95 %) nopeusharjoittelu sisältävät kiihdytys- ja maksimaalisen nopeuden vaiheen harjoittelun 30–60 metrin vetomatkoilla. Nopeuskestävyysharjoittelu tapahtuu pääasiassa 70–150 metrin vetomatkoilla, joissa anaerobinen glykolyysi toimii suhteellisen aktiivisesti tuottaen happamuutta lihaksiin. Juoksujen nopeudet vaihtelevat 80–100 %:iin. Jos pikajuoksija kilpailee sekä 100 että 200 metrin matkoilla, niin nopeuskestävyyden vetomatkat laajenevat aina 300 metriin asti. Nopeuskestävyyden tukiharjoituksina käytetään peruskuntokaudella aerobisia harjoituksia yleensä 100–300 metrin matkoilla: määräintervallit (50–70 %) ja tehointervallit (70–80 %). Harjoituksen intensiteetti (%) ilmoitetaan prosentteina maksimijuoksunopeudesta tai ko. matkan ennätyksestä. Juoksutekniikan harjoittelussa käytetään juoksukoordinaatioita ja tekniikan korostamista kaikessa juoksuharjoittelussa. Harjoittelussa on aina pyrittävä pikajuoksunomaiseen juoksemiseen. Juoksuharjoittelun osuus viikkojaksoissa on aina suurempi kuin voimaharjoittelun, yleensä tehoharjoituksina 3:2 juoksun eduksi. Voimaharjoittelu. Pikajuoksijan voimaharjoittelun tulee sisältää kaikkia voiman lajeja: nopeusvoimaa, maksimivoimaa ja kestovoimaa. Maksimivoima (ns. hermostollinen ja hypertrofinen) on perusta kaikelle muulle voimaharjoittelulle. Se antaa pohjan nopeusvoimalle ja sitä kautta lajinomaisen juoksuaskeleen voimantuottoon. Kestovoimaa harjoitellaan jonkin verran peruskuntokaudella - tavallisesti lajinomaisesti eli juoksemalla ylämäkeen tai hyppelysarjoilla. Voimaharjoittelun eteneminen tulee tehdä juoksijan uralla siten, että hankittu voima onnistutaan siirtämään lajisuoritukseen joka vuosi. Ravinto ja uni palautumisessa. Kovasta harjoittelusta palautuminen onnistuu optimaalisella ravinnolla, riittävällä 8–9 tunnin unella ja muiden arjen asioiden huomioimisella. Sekä mies-että naispikajuoksijalle päivittäisen energiasaannin on hyvä sisältää 4–6 g/kg (kehonpaino) hiilihydraattia ja vastaavasti 1,5–2,0 g/kg proteiinia. Ravintovalmennuksessa tulee suosia normaalia kotimaista ruokaa. Kovien harjoittelujaksojen aikana ja kilpailukaudella lisäravinteista voi olla hyötyä. Käytetyimpiä ovat aminohappo- ja proteiinivalmisteet, kreatiini, natriumbikarbonaatti ja β-alaniini. Valmennusjärjestelmät. Valmennuksen ohjelmointitavoissa on järjestelmäeroja, jotka johtuvat useista taustatekijöistä kuten kyseisen maan harjoittelukulttuurista, urheilijan sukupuolesta, iästä, tasosta, vahvuuksista, kehityskohteista sekä muista yksilöllisistä tekijöistä. Siitä huolimatta pikajuoksuvalmennuksen ohjelmoinnissa eri maissa on enemmän samankaltaisuuksia kuin eroavaisuuksia. Suomessa valmennus painottuu pienryhmä- ja yksilövalmennukseen, josta vastaavat urheiluseurat ja joissa pätevien valmentajien rooli on erittäin tärkeä. Esimerkiksi Puolassa huippuvalmennuksen painopiste on kyseisen maan yleisurheiluliiton organisoimassa maajoukkueen leiriharjoittelussa, jota tapahtuu saman tasoisilla juoksijoilla enemmän kuin Suomessa. Yhdysvalloissa yliopisto-ohjelmien valmennus- ja harjoitteluolosuhteet ovat mm. urheilun stipendijärjestelyiden myötä joiltain osin edistyksellisemmällä tasolla verrattuna Suomeen. Johtopäätöksiä ja suomalaisen pikajuoksun haasteita. Käytännön kokemusten ja tutkimustulosten mukaan seuraavia haasteita ja toimenpiteitä olisi hyvä tarkastella suomalaisessa pikajuoksuvalmennuksessa. 1. suomalaisen menestyminen miesten ja naisten 100 metrin matkalla Olympia, MM- tai EM-finaalissa vaatii poikkeuksellista perimän osuutta ja erinomaista harjoittelua 2. ikävaiheessa 7–13 vuotta tulisi keskittyä monipuolisten yleisurheilun lajitaitojen ja nopeuden kehittämiseen, koska tuolloin ovat ko. ominaisuuksien herkkyysvaiheet 3. uusi koventunut tavoite suomalaisessa urheiluseuravalmennuksessa ikävaiheessa 7–13 vuotta tulisi olla 2–5 harjoituskertaa yleisurheilua viikossa nousujohteisesti kokeneiden ja koulutettujen valmentajien ohjaamana 4. huippuvaiheeseen voidaan edetä ikävaiheessa 13–19 vuotta hankittujen monipuolisten yleisurheilun lajitaitojen sekä riittävän aikaisin aloitetun pikajuoksun laadukkaan ja määrällisen harjoittelun kautta 5. huippuvaiheessa erityisesti ikävaihe 19–25 vuotta on tärkeä. Juoksijan tulee ymmärtää mitä huipulle pääseminen tarkoittaa käytännössä. Huippu-urheilijaksi pyrkivän tulisi hyödyntää harjoittelussaan sekä kansallisia että kansainvälisiä harjoittelukeskuksia mahdollisimman useasti. Huippuvaiheessa kokeneen ja koulutetun valmentajan tulee ylläpitää sitä vaatimustasoa, jota huipulle pääseminen vaatii.

This work consists of biomechanics and technique of sprint running in all four phases of the 100-meter event: block phase, acceleration phase, maximum running phase and deceleration phase. Regarding physiology, the role of neuromuscular system and energy metabolism will be described. The programming of an annual coaching plan will be presented. In the plan sprint running methods, resistance training, nutrition, recovery, and other special concerns of coaching are described according to the current literature. At the end, international sprinting standards and the current state of coaching system in Finland will be discussed. Biomechanics and technique. Running velocity (V) can be calculated by multiplying the length of the stride (SL) with the rate of the stride (SR): V = SL x SR. One stride consists of ground contact phase and flight phase. The ground contact phase can be divided into braking and propulsion phases. Braking phase occurs prior to propulsion phase starting from the initial ground contact point that occurs no more than 20 cm ahead of the total body center of gravity. The propulsion phase begins after the total body center of gravity crosses the ground contact point and allows the propulsive force production to begin. The force should be directed as vertical as possible in the braking phase and as horizontal as possible during the propulsion phase. The ratio between ground contact time and flight time varies across the different phases of the 100-meter sprint. During the powerful acceleration phase ground contact durations vary from 140 to 200 milliseconds and decrease down to 80–90 milliseconds, when the maximal velocity is attained. The duration of the braking phase is slightly shorter compared to propulsion phase during maximum running. Neuromuscular system and energy metabolism. It is advantageous for a sprinter to have proportionally more fast (F) motor units rather than slow (S) motor units in their leg muscles. The genetics will determine 47–78 % of the muscle fiber type distribution (motor nerve and muscle fibers are always the same type within one motor unit). During the maximal 100-meter sprint performance energy production occurs through immediately available adenosine triphosphate (ATP) and phosphocreatine (PC) over the first 50–60 meters. Later, additional energy is produced via anaerobic glycolysis. The portion of producing ATP via PC and anaerobic glycolysis is approximately 50 % / 50 % during maximal 100-meter running. Both energy pathways can be enhanced with training and optimal nutrition. Elite sprinter. Velocity: The most important physical feature of an elite sprinter is velocity. During the 100-meter sprint elite male sprinters reach peak velocities of over 11.5 m/s (i.e. running flying 20-meter <1.74 s) whereas elite female sprinters reach velocities of over 10.5 m/s (i.e. running flying 20-meter <1.92 s). The maximal velocity usually occurs between 50– 70 m among both male and female elite sprinters. Sprint specific strength: Sprint specific strength (i.e. force applied to the track during a rapid ground contact) is the most valid value of strength measures. Elite sprinters can apply higher reaction forces to the track with shorter ground contact time compared to their lower performing counterparts. During the sprint both vertical and horizontal force is produced, while mediolateral force remains minor. During the acceleration phase horizontal force contributes to the motion acceleration (braking force < propulsive force). During the acceleration vertical force allows the lift of the total body center of gravity, consequently enabling the sprinter to advance running in an upright position. In the maximum running phase, as the velocity is constant, the importance of horizontal force is less significant (braking force = propulsion force). Therefore, vertical force is more important, as it is working against gravity and enabling the sprinter to retain a long stride length by large resultant force produced at propulsion. Stride length is approximately 1.4 x body height among elite male sprinters and 1.3 x body height among elite females, respectively. Strength test values: Elite male sprinters can deep squat approximately 2.5 x their body mass (BM) and lift 1.8 x BM in power clean. The coefficients of the same bar tests for elite female sprinters are 2.0 and 1.5, respectively. In power and plyometric tests elite male sprinters reach 65–75 cm in a countermovement jump (no arm swing) and 17–19 m from standing 5-jump, while elite female sprinters reach 55–60 cm and 15–16 m, respectively. Programming of training. The annual training plan in athletics (i.e. sprint running) usually consists a bicycle periodization model, where competing occurs in two phases: indoor and outdoor. Programming is used to direct training progressively throughout the subsequent phases, to stimulate physiological adaptations, manage fatigue and to optimize peak performance to occur in main competitions. Furthermore, training should not occur in a linear fashion, but it must be alternated with the volume and intensity of training and with respect to the individual necessities of the sprinter. The most common microcycle rhythm is 2:1 -cycle, where two weeks of high training load entitles one week of rest and recovery associated with a lower training load. Certainly, also other similar versions can be programmed. The number of races during the competitive phases determines the cycling of training load. Annually, the total number of races varies from 20 to 30 among elite sprinters. The average number of training within a microcycle varies distinctly across different season phases. During a preparatory phase, a microcycle may consist of five sessions of high load and additional five of preparative- or restorative sessions. While approaching competitions the quantity of sessions decreases significantly. Sprint training. Sprint training consists of speed and speed endurance training. Maximal (96– 100 %) and submaximal (90–95 %) speed training include the acceleration and maximum running phase within distances of 30–60 meters. Speed endurance (80–100 %) consists distances mainly from 70 to 150 meters, where the stimulation of anaerobic glycolysis is achieved. The sprint distance of speed endurance training may reach up to 300 meters in case the sprinter competes both in 100 and 200-meter events. Furthermore, aerobic tempo running (50–70 %) is often used during the preparatory phase in distances between 100–300 meters, whereas high intensity intervals (70–80 %) are used to cause more intense stimuli. All running intensities above are expressed in percent of maximal velocity/personal best of the distance. Sprint technique can be trained via coordination exercises and by highlighting correct sprint mechanics in each exercise. More sprint training should always occur compared to strength training, usually the ratio is 3:2 in favor of sprint running in intense sessions. Strength and power training. Strength training should include characteristics of all areas of strength: speed-strength (i.e. power), maximal strength, and endurance strength. Maximal strength (both neural and hypertrophic) underlies all other areas of strength, such as power, later through which sprint specific force can be attained. Endurance strength is usually trained during the preparatory phase (e.g. resisted sprints, plyometrics). Strength training should occur in such fashion that the transition effect from weight room to sprint running is achieved each competitive season. Recovery and nutrition. Optimal adaptations during training are gained by consistently ensuring appropriate rest and regeneration, where quality of sleep (8–9 hours) and appropriate nutrition are preserved. For both male and female sprinters the daily carbohydrate intakes of 4– 6 g/kg body mass and 1.5–2.0 g/kg body mass intakes of protein are recommended. During high intensity training and competitions additional recovery modalities and dietary supplements may be beneficial. The most used supplements among sprinters are amino acids, whey protein, creatine monohydrate, sodium bicarbonate and β-Alanine. Coaching systems. There is variation in the fashion of sprint training programming according to differences in background, gender, age, level, assets, constrains and other inter-individual variables. Still, the principles of annual training plan are very much the same in different countries. In Finland the emphasis seems to be on small training groups and individualized coaching that is organized by athletic clubs, whereas, for instance in Poland the emphasis is set on national team events such as training camps that recur more frequently compared to Finland. Furthermore, in the United States the college and university-based programs are partially more developed with their grant systems. Conclusions and challenges of Finnish coaching system. According to research and practical experiences the following challenges and propositions should be taken into consideration by executive practitioners in the Finnish sprint training and system: 1. in order to succeed in the 100-meter event finals in Olympic Games, World Championships and European Championships requires exceptional genetics and firstclass training and coaching 2. in age group 7–13 years track and field training should focus on diverse skill development and to speed, since that is when the “sensitivity period” occurs for characteristics in question 3. a new goal in Finnish track and field club training in ages of 7-13 should be 2–5 sessions track and field weekly, with progression and with instructions by experienced and educated coaches 4. in ages between 13–19 years athletes may begin to advance towards peak performance phase, after a broad skill base (i.e. trainability) is achieved along with high quantities of quality sprint training 5. the peak performance phase, especially ages of 19–25 years are important. The sprinter should understand what it takes to achieve success in elite sprinting. National and international training centers that offer advanced training circumstances should be utilized as much as possible. A well-experienced and educated full-time coach is required in coaching work, to maintain the required high standards for reaching success in sprinting.