ケイデンス -生理学的な側面からの一考察-
筋肉は不思議だ。
足音がしないように繊細な力加減で接地したり、ダッシュするときにはコンマ数秒地面に接地し大きな力を立ち上げる。
このような筋肉の不思議さに魅了された研究者たちによってスポーツ科学は今なお発展中だ。
そんな現代なら、最適なケイデンスや最良のペダリングについても結論が出ているだろうと考えたくもなるが、論文を読み解いていくと現実はそうなってはいない。
まだまだ議論の余地がたくさんあるのだ。
そのためこの記事に正解を探し求めておられる場合、残念ながら期待にお答えすることはできない。しかし、読んできた論文や教科書をもとにケイデンスについての手がかりを皆さんにご提示することできるのではないかと考えた。
そこで今回はケイデンスについて何が分かっていて何がよく分かっていないのかを紹介し、皆さんのイマジネーションを刺激できればと思う。
なぜ1時間タイムトライアルではケイデンスが105rpm（rpm：1分間の回転数）と高いのか？
なぜ80-90rpmが好まれるのか？
なぜヒルクライムではケイデンスが少し下がるのか？
そのような疑問に対し、少しでも突破口に向かって前進したい。今回はそういった趣旨の記事である。
是非読み進めてみて欲しい。
毎度であるが説明の際に登場する数値はシンプルなものに換算していることを予めお伝えしておく。
最も〇〇なケイデンス
話を進めるにあたり、まずとっかかりとなる話題として2つのケイデンスについてご紹介しよう。
まずは、「最も経済的なケイデンス」はどれくらいだろうか？ここで言う経済的とは、同じパワーを維持する状況で酸素消費の最も少ないケイデンス帯のことだ。
それはおおよそ60-70rpm（rpm：1分間の回転数）ほどと言われているが、ここでは60rpmとしよう。（参考1）
次に、「最もパワーの出るケイデンス」はどれくらいかご存知だろうか？全力でペダリングをする場合に、どのケイデンス帯で最もパワーが出やすいのだろうか。
ここでは、
パワー = 踏む力×回転（ケイデンス）の速さ
と捉えてもらおう。
その値はおおよそ120rpm前後であると言われており、短距離トラック選手ではもう少し高く130rpm以上にもなるようだ。（参考2）
それぞれに適したケイデンスは以下の通りだ。
最も経済的なケイデンス：60rpm
最もパワーの出るケイデンス：120rpm
ここで疑問である。
なぜ経済的なケイデンスは60rpmで、100rpmや120rpmではないのだろうか？
なぜ最もパワーの出るケイデンスは80rpmや160rpmではなく、120rpmなのか？
何がケイデンスに影響しているのか、その理由を遅筋線維と速筋線維という筋線維のタイプからご説明していこう。
遅筋線維と速筋線維
読んで字のごとく遅筋線維は収縮が遅く、速筋線維は収縮が速い筋線維のことを指す。また遅筋線維は疲れに強く、速筋線維はすぐに消耗してしまう。
ここで注意して欲しいことが、これは筋線維の話であって丸々一つの筋肉自体を指しているのではない。たとえば腓腹筋（ひふくきん、ふくらはぎの筋肉）では遅筋線維と速筋線維の数は半々くらいの割合である。
もう少し説明を続けよう。筋肉を輪切りにすると下のような断面図になる。一つの筋肉に遅筋線維と速筋線維がまばらに組み合わさっていることに注目してほしい。
腓腹筋は遅筋線維と速筋線維の割合が1:1である一方、ヒラメ筋（腓腹筋の下にある筋）は遅筋線維が全体の85%にも及ぶ。かなり「遅筋優位」なヒラメ筋ではあるが、それでもすべてが遅筋線維という訳ではない。
このように遅筋線維と速筋線維が織り交ざっているのは記事冒頭に挙げたような繊細な動きから力強い動き全てをカバーするためであるのだが、ここで注目したいポイントは遅筋線維と速筋線維では対応できる動作スピードの上限値に違いがあることである。
言い換えるとどのくらい早い動きにまで対応できるのかという違いだ。上限値が低ければ、素早い動き中にはあまり活躍してくれないイメージである。
動作スピードに対応できる上限値は遅筋線維よりも速筋線維の方が3.5倍ほど高い（参考3。文献によって3～4倍と差があるので、この記事では3.5倍として後の計算を行っている）。
つまり、速筋線維の方が素早い動きに対応できる仕様となっている。
そしてこの上限値の違いも影響し、遅筋線維と速筋線維では最もパワーを発揮しやすい動作スピード帯が異なっている。
下の図は遅筋線維と速筋線維が様々な動作スピードの際に発揮できるパワーを模式的に示したものだ。
遅筋線維と速筋線維で大きなパワーが出ている動作スピード帯に違いがあることに注目してほしい。
同じ動作スピードでも速筋線維の方が大きなパワーを出せるし、パワーの絶対値も速筋線維がはるかに高い。
遅筋線維は動作スピードが1を越えるような動きにはあまり役に立たない（だからと言って遅筋線維を軽視している訳ではない。サイクリングにおいては、むしろ主役だ）。
今回はこのように動きのスピードによって発揮できるパワーが遅筋線維と速筋線維で違ってくることにスポットを当てて話を進めていく。
最も経済的なケイデンス:60rpm
さて遅筋線維と速筋線維の特徴を掴んでもらったところで、ケイデンスの話にもどろう。
酸素消費の少ない経済的なケイデンスが60rpm前後であることをお伝えした。これ以上でも、これ以下でも酸素消費は増えてしまうとされている。
実際にこのことは一定パワーでケイデンスを変化させた実験により確かめられている。（下図）
酸素消費を抑えられるのは、遅筋線維によって効率よく運動が出来ているときだ。つまり、遅筋線維が一番パワーの出しやすいケイデンスが60rpmあたりにあるのだと考えられる。
先ほどの図で遅筋線維が一番パワーの出しやすい動作スピードを60rpmと置き換えてみよう。そうすると下の図のようになる。
Hillの公式を元に作成。速筋線維と遅筋線維の割合は1:1とした。
この図ではケイデンスが400rpmとあり得ない数値まで表示しているが、あくまで理論値である。実際には260rpm前後に限界があるようだ。
遅筋線維のパワーの出やすいケイデンスを60rpmとみなせば、遅筋線維と速筋線維の合計パワーが一番高まるケイデンスは計算上120rpm前後にくる。
筋肉は遅筋線維と速筋線維が織り交ざったものであることを思い出してもらう。遅筋線維と速筋線維それぞれにとって120rpmは一番パワーの出るケイデンスではないが、両者が共に働くときには120rpmが一番パワーの出るケイデンスになる。
そう、120rpmは「最もパワーの出るケイデンス」でご紹介した数字だ。理論値から算出される120rpmは、実際にアスリートによって測定された値にかなり近い。
経済的なケイデンス（60rpm）とパワーの出るケイデンス（120rpm）は実測と理論でよくマッチしている。
ここまでが科学的にそうだろうと言われている内容になる。これ以降はまず事実（実測値）があって、なぜそうなるのかについては多くの議論が残されているトピックだ。
巡行に最適なケイデンス：70-90rpm
テンポペース（80%FTP前後）で巡行する際「好きなケイデンスで走ってください」と、このような実験を行うと普段自転車に乗らない人だと70rpm、サイクリストだと80-90rpmほどをチョイスする傾向にある。（参考6）
またグランツール（ツールドフランス、ブエルタ、ジロ）でのケイデンスを調べた論文では、
・フラットステージ：89rpm
・個人タイムトライアル：92rpm
・登坂中：71rpm（ダンシング含む）
が平均値となっている。（参考7）
ヒルクライムでのケイデンスは後ほど考えるとして、平地を巡行するような場合、このような傾向があるのはなぜなのだろうか？
その理由については様々な研究がなされているが、議論は紛糾しており未だ決着はしていない様子である。
そこで、考えを深めるためパワー・トレーニング・バイブルのデータを参考にし題材を用意した。下の図を見てもらおう。100%FTPが300wの選手データが元になっている。
先ほどの図とは見方が変わって、縦軸は力を表している（力とケイデンスの掛け合わせによってパワーが求まる）。パワーが300wのライン（オレンジ）を見てもらうと、同じ300wでもケイデンスが低ければ強く踏み、ケイデンスが高ければ踏む力は小さくて済むという関係にある。
3つの線の意味を補足しておく。
オレンジ線：各ケイデンスで300w（この選手の100%FTP強度）を維持するときに必要な力
赤線：遅筋線維と速筋線維の割合を1:1と想定したときの、遅筋線維のみで出せる力の上限値
青線：速筋線維は動員されず、遅筋線維のみの動員で巡行可能な50%FTP（この選手の場合150w）の力
図の説明を行うためにも、「経済的なケイデンス：60rpm」の話に戻ろう。
遅筋線維に注目するため、遅筋線維のみによって出力がまかなわれている50%FTP強度（この選手の場合150w）の青ラインと遅筋線維が発揮できる力の上限値ライン（赤線）のみを残して拡大すると、下の図のようになる。
遅筋線維の力の上限値（赤）に比べて50%FTP（青）は下にあるが、この両者の差はケイデンスによって違っていることが見て取れる。
この差が大きいほど、遅筋線維の余裕も大きく酸素消費も最小限で済むだろう。
この選手の場合、差が最も広がるところは50rpm前後である。そのため酸素消費という観点からは50rpm前後のケイデンスが最適だ。
続いてテンポペース（80%FTP）を図示してみる。
同じ理屈で考えるのなら、経済的にベストなケイデンスは遅筋線維で出力を多くまかなえるケイデンスとなる。
そうするとテンポペースでは計算上60-70rpmが適している。
今度は100%FTP強度を見ていこう。
100%FTP強度ではもはや常時遅筋線維をフル稼働しようとも力が足りず、速筋線維の動員は必須である。経済性の理屈でいくと75-80rpmほどが適していることになる。
ここまで挙げた3つのパターンを整理しておこう。
遅筋線維によって多くの出力をまかなう経済性に重きを置いた場合、適したケイデンスは以下のようになる。
50%FTPペース：50rpm前後
80%FTPペース：60-70rpm
100%FTPペース：75-80rpm
あくまで一選手を想定した場合ではあるが、ここから読み取れることは以下の2つである。
経済的に適したケイデンスは運動強度によって変わりそうだ
80-90rpmが巡行する際に好ましい理由の答えは、どうやら遅筋線維にだけ注目しても出てこなさそうである
ちなみに私が巡行のケイデンスについて一番説得力を感じている論文では、サイクリストが好むケイデンスは酸素消費という観点ではなく筋疲労の進行にあり、最も筋疲労の進行の遅いケイデンス帯が80-90rpmであるという論文だ。（下図）
この論文では全力の30%以上の力を発揮すると血液の流れが悪化することも要因の一つとして述べられていた。
そこで各ケイデンスにおいて全力の30%の力の線を加えてみると、下図のようになる。
血流のことを考慮すると、出力（オレンジ）は全力の30%線（緑）よりも下に位置するほうが望ましい。緑線より高いと血流悪化が懸念される。
そうすると70rpm以上が候補となり、高いケイデンスほど（100rpm以上でも）有利に見える。
しかし巡行時に80-90rpmが好まれるのは、高すぎるケイデンスでは血流の問題よりも速筋線維の酷使による疲労がネックとなるためかもしれない。
筋肉は奥が深い。
アワーレコードのケイデンス:105rpm
1時間で走れる最長距離を競うアワーレコードは昔から実施されており、実に57kmほども走破してしまう。
走れる距離は機器の改良やライドポジションの綿密な調整により徐々に更新されているものの、いつの時代もケイデンスは105rpm前後のようである。
なぜ105rpm前後なのか？ということは残念ではあるが明らかになっていない。しかし、ケイデンスについて考えを深めるには良い材料となりそうだ。
アワーレコードは1時間の全力走であり、100%FTPと同義である。とすれば先ほど見てきた100%FTP強度は105rpmが最も適していることになる。
ここで一つ皆さんに聞いてみたいことがあるのだが、1時間全力で漕ぐ場合に、60rpmと80rpm、105rpmでは同じ出力値になるのだろうか？
私はどうもそう思えない。どちらかというと、高いケイデンスの方が高い出力になる気がしている（個人的な感想である）。
そう思う理由は全身全霊をかけて1時間最高出力を出すとすれば、経済性など度外視である。走り終わった後のことなど考えず、持てる力を余すことなく全力投入することが求められる。
そう考えると速筋線維にも活躍してもらわなければならず、悠長に休んでもらっていては困るだろう。
実際、運動強度が高まるにつれて速筋線維の動員は増えてくる（下図）
速筋線維にはタイプがあって、ここでは疲れにくいタイプA、疲れやすいけれどすごく強いタイプBと思ってもらえれば十分だ。
仮に図のような割合で速筋線維も動員されている場合、計算上では110rpm前後が最もパワー効率のよいケイデンスになってくる。（下図）
速筋線維タイプAとタイプBの割合は4:1と設定。速筋線維タイプAの動員を90%、速筋線維タイプBの動員を50%ほどと想定し計算を行った。
もちろん全ての筋線維が同一の瞬間に全て動員されているなんてことはないだろう。しかしここで言えるのは速筋線維を動員して積極的にペダリングをする場合、ケイデンスは高い方がパワーが出せるということだ。
そのため単独で走りかつ坦々とペダリングに集中できる環境では、適したケイデンスは105rpm前後にあるのかもしれない。
ちなみに80%FTP強度での筋線維動員の割合では、高いパワーが出せるケイデンスが計算上95rpm前後となる。サイクリストが好むケイデンスよりは大きいものの、近い値ではあった。（下図）
遅筋線維：100%、速筋線維タイプA：75%、速筋線維タイプB：10%
が動員されていると想定して計算。
このように速筋線維の動員のされ方も、ケイデンスに影響しているのかもしれない。
ここで補足として「サイズの原理」についての説明をしておこう。（この言葉に関心がなければ飛ばしてもらって構わない）
簡単に言えば筋肉は遅筋線維から動員され始め、ある力以上にならないと速筋線維たちは出動しないという仕組みが説明されたものだ。（下図）
横軸が最大力の何%かを表し、縦軸はどれくらい活発に働いてるかを示している。力の発揮度合が低いと遅筋線維のみが働いていて、発揮度合が高まるにつれてどんどんと速筋線維が動員されていく様子が分かるだろう。
サイクリングの場合、100%FTP強度で走っていても力の発揮度合は30%に満たない。そうすると、この原理を純粋に受け取ると100%FTP強度でも遅筋線維のみで巡行できる。（下図）
しかし現実にはそのようなことにはならない。
また、サイズの原理からはケイデンスが高まるほど遅筋線維の動員で多くの出力をまかなえると考えられるが（最大力の30%以下=遅筋線維と捉える場合）、記事の前半でご説明したように遅筋線維が対応できる動作スピードの上限は低く、160rpm前後で上限を迎える。
そのため実際には遅筋線維が発揮できる力の割合はケイデンスが高まるにつれて小さくなり、パワー発揮の効率が恐ろしく低くなる。（下図）
この解離が起こる理由としては「サイズの原理」がアイソメトリック収縮（伸びも縮みもしない、拮抗した状態で筋力を発揮すること）を元に作成されたもので、ペダリングのように筋肉が高速に縮む状況は想定されていないところにあるのかもしれない。
とは言ってもサイズの原理は研究者がケイデンスについて考察する際にも登場し、考慮すべき大事な要素であることは間違いない。
しかし特に高いケイデンスについて考える場合、サイズの原理は強く考慮せずに筋グリコーゲンの使用度合から作成された筋線維動員割合（下図）を重視し、話を展開している点をここでお伝えしておく。
ヒルクライム：平地より低い
最後にヒルクライムでのケイデンスについて触れておこう。
プロサイクリストの検証でも一般的には平地よりもヒルクライムのケイデンスは低くなっており、グランツールでの登坂時の計測では70rpm前後が平均（ダンシング含む）である。（参考7）
しかし平地よりもケイデンスが低い生理学的な理由は良く分かっていない。
考える材料としては、力のピークがくるペダル角が平地で95度なのに対してヒルクライムでは90度と早めにピークが来る。そのため筋活動を早めに開始する必要がある。（参考9）
また、180度から270度にかけての筋活動も高いようだ。（参考15）
次の図では各ペダリング角度によってどのような筋が用いられているのかを示している。
ヒルクライム時、力のピークを早めに達成するためには前ももの筋（大腿直筋、外&内側広筋）の負担が増え、180度から270度にかけての筋活動の上昇によって後ろもも（ハムストリングス）とふくらはぎ（腓腹筋）の負担が高まりそうだ。
なお筋線維の割合に関しては、一般的には前ももの筋は速筋線維の割合が高く、一方で後ろももの筋は遅筋線維の割合が高い。（下図）
今回の記事で考えてきた視点と上記の情報を無理やりつなげ、ケイデンスがヒルクライムで下がる原因を考えるならば、180度から270度にかけて筋活動が増えるハムストリングスが遅筋線維優位であり、それによってパワー発揮に適したケイデンスが下がったというような論理となる。
しかし、これはこじつけが過ぎる。図示したが、あくまで数字を調整したにすぎないことをご了解願う。
この記事で扱ってきた内容からは残念ながらヒルクライム時にケイデンスを下げる理由は説明できそうにない。今後の研究を期待することにしよう。
おわりに
今回の記事はケイデンスに関して筋線維の特徴、酸素消費、血流、速筋線維の動員などの視点をもとに考察を展開した。
これらの視点から糸口を見つけ話をしてきたのだが、もちろん他にも見方はたくさんある。そしてケイデンスの解釈は見方が変われば解釈も変わる。
そのため一つの解釈の在り方として、この記事を読んでいただけると幸いである。
記事を書き終えた今、皆さまにお伝えすることがあるとすれば、「ケイデンスは考え過ぎても仕方ない」ということだ。
これだけケイデンスについて書いておきながら、このように書いてしまうのに気が引ける部分はある。
しかし感じてもらえたかもしれないが、何を重視するかによってケイデンスは変わってくるし、そもそも個人個人によって適するケイデンス帯には幅がある。ピンポイントではない。
よって「ケイデンスは〇〇がいい」という一般論を気にしすぎるよりも、やはり自分にあったケイデンス帯を見つける作業が大事になってくるだろう。
とは言いつつも、筋肉の生理学を理解するにはケイデンスは良い題材であり、ケイデンスについて何か情報が知りたいと願う方にとってこの記事が刺激となれば大変光栄である。
今回も最後までお読み頂きありがとうございました。
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参考文献
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