有酸素運動の自転車ははずみ車が重いと違う？回転の滑らかさと踏む力を分けて読む

有酸素運動の自転車で、はずみ車が重いと筋肉の負担も増えるのか。同じ出力と回転数で比べた実験から、回転の揺れ、関節を回す力、筋活動の違いを読む。全力で加速するときの測定との区別や、滑らかさだけでダイエット効果を判断できない理由、機種を替えた日の記録の取り方も整理する。

ペダルを踏み下ろしたあと、次のひと踏みより先に足が運ばれる。いつもと違う自転車型の運動器具では、そんな回り方に出会う。抵抗を合わせたつもりなのに、脚の運びが違う。そこで「よく回る機械では、運動をしたことにならないのか」と気になるかもしれない。

答えの芯は、回転の滑らかさと筋肉の負担を同じものとして扱わないことだ。一定の出力でこぐ実験では、回転側の慣性を大きくすると回転速度の揺れは小さくなったが、股関節や膝の筋肉が生む正味のトルクにはほとんど有意な変化がなく、足首などの変化も小さかった。[1]

また、出力と回転数をそろえた競技者の実験では、慣性を約4倍に増やしても、測定した下肢筋の活動水準に有意差はなかった。[2] 競技者の結果を18〜39歳の女性の日常の運動へそのまま当てはめることはできない。これを「重いはずみ車なら痩せる」「軽いなら無酸素運動になる」と読み替えることはできない。まず、手応えのうち何が機械に由来し、何が実際に測った体の反応なのかを分けよう。

はずみ車の慣性は、抵抗の重さと同じなのか

はずみ車の慣性を考える入り口は、回転を速めたり遅くしたりするときの反応だ。ペダルにつながるクランクの慣性が違えば、その動きの変化への応答も違う。一定ペースでこいでいるつもりでも、回転の途中には加速と減速があるため、慣性の影響を調べる意味がある。[1] 足が描く円を外から眺めるだけでは、その途中の変化は分かりにくい。

ここで、回転を続けるための負荷と、回転の速さを変える際に関わる慣性を区別したい。研究では、負荷を一定に保ったまま、通常の自転車運動器具のような低い慣性と、高いギアの道路用自転車のような高い慣性を再現して比べた。[1] 負荷をそろえても、回転系の応答には違いが生じる。

また、研究でいう慣性は、はずみ車という部品の重さだけを指す話ではない。競技者を対象とした実験では、ギア比を変えることでクランク側の慣性負荷を変えた。[2] 店頭で見かける重さの表示と、論文中の慣性負荷の値をそのまま対応させないほうがよい。研究が操作したのは、脚から見た回転系の条件である。

比較の軸になるのは出力と回転数だ。出力はこいで生み出す機械的な仕事の速さ、回転数はペダルを回す速さとして読み進めればよい。定常状態の研究では、回転数と負荷をそろえるという条件のもとで、回転ごとの正味の機械的エネルギーと慣性を分けて考えている。[1] 同じ出力なのに手応えが違う場面を調べるための、重要な土台である。

例えば、前の機種と同じ抵抗の目盛りを選んだだけなら、研究と同じ条件を作ったとはまだ扱わない。論文の比較では、出力や回転数をそろえているからだ。[2] 日常では、機種名、設定、回転の速さを別々に記録するという使い方ができる。感覚に名前を付ける前に、比べた条件を言葉にしておくのである。

近い既存記事「有酸素運動は寝ながらの自転車だと楽？同じ負荷で違う循環と酸素消費を読む」には姿勢の問いを譲る。また「朝の運動のエアロバイクは重いはずみ車がよい？慣性と脚の出力を研究で読む」とは、一定ペースでの回転の揺れと関節の力を中心に読む点を分ける。ここで判断したいのは、滑らかに回ったという観察から、筋肉の仕事をどこまで推測してよいかである。

滑らかに回ると、関節を動かす力も減るのか

Freglyらは10人を対象に、慣性を変えた装置で、一定の負荷に対して安定して滑らかにこぐよう求めた実験を行った。クランクの角度、左右のペダルに加わる力、ペダルの角度を記録し、それらから関節の正味のトルクを計算した。[1] トルクとは、関節などの軸を回そうとする力の働きである。足先に感じた抵抗だけで結論を出した研究ではない。

股関節と膝では、筋肉が生む正味の関節トルクに、統計的に有意な変化はほとんど見られなかった。高い慣性では足首の正味の関節トルクと、片脚および両脚によるクランクトルクに有意な増加があったが、その変化は小さかった。[1] したがって「関節には何の違いもない」も、「脚の負担が全体に大きく増える」も、この結果の言い方としては粗い。

一方、クランクの動きには、はっきりした差が現れた。回転の途中と回転ごとの速度のばらつきは、慣性が大きい条件で統計的に有意に減った。大きな慣性によって回転系の応答が遅くなることが、その主な理由として示されている。[1] つまり、回り方の揺れは小さくなったのに、股関節や膝の正味のトルクは大きく変わらなかったのである。

さらに面白いのは、片脚によるクランクトルクのばらつきは、高い慣性で有意に増えた点だ。その変化は、回転数のばらつきが減る程度をいくらか弱めていた。研究者らは、筋肉の協調は大筋で影響を受けないものの、調節はより不安定になると考察している。[1] 外から見える回転は整っても、脚が力を調整するばらつきは増えた。

この区別は、機種を替えた日に使える。画面の回転数が落ち着いていても、「今日は力の出し方まで上達した」と直ちに採点しない。研究では機械側の慣性を変えるだけで、回転のばらつきが小さくなったからだ。[1] 足に任せて回れた感じは、その日の感想として残してよい。ただし、それと技術の変化の判定は別の欄に置きたい。

なお、関節の正味のトルクという結果を、個々の筋肉の活動と同一視しないことも大切だ。この研究は計測した動きと力から関節の働きを解析している。[1] お尻の筋肉や太ももの筋肉がどれほど活動したのかという問いには、筋活動を直接調べた別の実験を合わせて読む必要がある。

慣性が約4倍でも、筋活動には有意差がなかった

Ducらの実験では、競技自転車選手12人が自分の自転車を運動器具に取り付け、条件の順序を無作為にした3試行を行った。各人の出力は最大有酸素パワーの約80%とし、出力と回転数を試行間で一定に保ったうえで、ギア比に対応する慣性負荷を低・中・高に変えた。[2] 18〜39歳の女性の運動初心者へそのまま当てはめるには、競技経験と強度の違いを考える必要がある。

筋活動を調べたのは、大殿筋、太ももの前側の筋肉、太ももの裏側の筋肉、ふくらはぎの筋肉などである。活動の水準は、筋電図の信号の大きさを平均化する指標で比較した。慣性負荷をおよそ4倍まで増やしても、測定した下肢筋の活動水準は有意には変わらなかった。[2] 「大きな慣性なら必ず筋肉がより強く働く」という単純な予想は、この実験条件では支持されなかった。

この結果を先ほどの関節の研究と並べると、矛盾を作る必要はない。足首のトルクには小さな変化がある一方で、別の対象を調べた筋活動の平均的な水準には有意差がなかったのである。[1][2] 関節を回す正味の働きと、筋電図の大きさは、測定している内容が違う。結果の名前を省いて「負担は同じだった」と言い切ると、その違いが消える。

また、有意差がなかったことを、すべての人で値が完全に一致したという意味にしない。ここでの判断は、出力と回転数をそろえた競技者の比較で、測った筋活動に有意な影響を認めなかったという範囲である。[2] 通勤後の疲れた脚、運動を始めたばかりの人、異なる姿勢の機種へと無条件に広げるのは避けたい。

この実験で複数の筋肉を測ったことにも意味がある。お尻だけ、太ももの前だけという局所の感想ではなく、下肢の筋活動を並べて比べたうえで、有意な影響がなかったと報告している。[2] ただし、平均化した活動水準の結果から、回転中のすべての瞬間まで同じだったと広げる必要はない。「平均的な大きさを比較した」という読み方を保てば、関節トルクの実験との違いも整理しやすい。

例えば、太ももの前が張る感じと回転の滑らかさを同時に経験しても、それは研究が測った筋活動とは別の観察である。研究が比べたのは、そろえた条件で計測した筋活動であり、個人の張りの感想そのものではない。[2] 感覚は感覚として残し、測定値に読み替えずにおく。この区切りが、機械の特徴と体の状態を混ぜずに考える助けになる。

数字で読む自転車の慣性

10人：低い慣性と高い慣性で、関節トルクと回転のばらつきを比較した実験の対象者数。[1]

12人：出力と回転数をそろえて筋活動を測定した競技自転車選手の人数。[2]

約80%：筋活動の実験で設定した、最大有酸素パワーに対する出力の割合。[2]

約4倍：筋活動に有意差がなかった実験で、慣性負荷を増やしたおおよその幅。[2]

20.4±7.6%：短い全力加速の検証で、慣性を無視した出力と実測最大出力との間にあった差。[7]