クリティカルパワー & W' - 高度なサイクリングパフォーマンスモデル

クリティカルパワー (CP) と W Prime (W') をマスターして、優れたペーシング、疲労予測、レース戦略を実現しましょう。サイクリングパフォーマンスのための最も科学的に堅牢なモデルです。

🎯 主なポイント

クリティカルパワー (CP) は、長時間持続可能な最大パワーであり、FTPよりも科学的に堅牢です。
W' (W Prime) は、CPを超えるアナエロビックワークキャパシティ（無酸素作業容量）であり、キロジュールで測定されます。
W' Balance (W'bal) は、ライド中のアナエロビック容量の枯渇と回復をリアルタイムで追跡します。
実際には CP ≈ FTP + 5-10W ですが、CPは複数のエフォートから数学的に導き出されます。
ペーシングとサージ管理が不可欠なMTBや可変的なエフォートにおいて重要です。

クリティカルパワーとは？

クリティカルパワー (CP) は、疲労することなく長時間持続できる最高の代謝率です。これは、持続可能な有酸素代謝と、無酸素寄与を必要とする持続不可能な運動との間の境界を表します。FTP（単一の1時間の推定値）とは異なり、CPは異なる持続時間の複数の最大エフォートから数学的に導き出されるため、より堅牢で科学的に検証されています。

クリティカルパワーの背後にある科学

クリティカルパワー理論は、1960年代に運動生理学の研究から生まれ、1990年代にサイクリング向けに洗練されました。このモデルは、双曲線パワー持続時間関係に基づいています。

パワー持続時間関係

t = W' / (P - CP)

ここで:

t = 疲労困憊までの時間
P = パワー出力
CP = クリティカルパワー (ワット)
W' = アナエロビックワークキャパシティ (キロジュール)

これが意味すること: CPを超える任意のパワーでは、疲労困憊するまでの作業量 (W') に限りがあります。CP自体では、理論的には無期限に続けることができます。CP未満では、W'を利用することはなく、非常に長い時間エフォートを持続できます。

📚 研究基盤

クリティカルパワーは、数十年にわたる査読付き研究によってサポートされています。

Jones et al. (2019): "Critical Power: Theory and Applications" - Journal of Applied Physiologyにおける包括的なレビュー
Poole et al. (2016): "Critical Power: An Important Fatigue Threshold" - 生理学的閾値としてのCPを検証
Vanhatalo et al. (2011): CPが最大乳酸定常状態と一致することを実証

クリティカルパワー vs FTP: 主な違い

機能的作業閾値パワー (FTP)

定義: 約1時間持続可能な最大パワー。

テスト: 単一の20分または60分のエフォート。

計算: FTP = 20分パワーの95%（または60分パワーの100%）。

長所:

テストと理解が簡単
単一のエフォートが必要
広く使用されている業界標準
TrainingPeaks, Zwiftなどに統合されている

短所:

単一点推定（堅牢性が低い）
精神的にきつい20-60分のエフォート
ペーシングの誤りが精度に影響する
アナエロビック容量の測定がない

クリティカルパワー (CP)

定義: 理論的に無限の時間持続可能な最大パワー。

テスト: 複数の最大エフォート（通常3-7分、12分、20分）。

計算: 複数のデータポイントからの数学的な曲線適合。

長所:

科学的に堅牢（複数のエフォート）
W'（アナエロビック容量）を含む
単一のFTPテストよりも精度が高い
W' Balance トラッキングが可能

短所:

3-5回の別々の最大エフォートが必要
計算がより複雑
あまり広く理解されていない
テストプロトコルがより厳しい

🔍 実践において: CP ≈ FTP + 5-10W

十分に訓練されたサイクリストの場合、クリティカルパワーは通常 FTPよりも5-10ワット高い です。例:

FTP: 250W (20分テストから)
CP: 257W (3分、12分、20分テストから)

CPは理論的な無限持続時間の閾値を表すのに対し、FTPは実用的な1時間のパワー推定値です。どちらも有用です。FTPはシンプルさのために、CPは精度とW'トラッキングのために。

W' (W Prime) とは？

W' ("W Prime"と発音) は、クリティカルパワーを超えて実行できる有限の仕事量です。 「無酸素バッテリー」と考えてください。CPを超えて乗るときに枯渇し、CP未満で乗るときにゆっくりと回復する限られたエネルギー貯蔵庫です。

W' の定義

W' = (P - CP) × t

ここで:

W' = アナエロビックワークキャパシティ (キロジュール)
P = パワー出力 (ワット)
CP = クリティカルパワー (ワット)
t = 疲労困憊までの時間 (秒)

例: 350Wを5分間持続でき、CPが250Wの場合:
W' = (350 - 250) × 300 = 30,000 ジュール = 30 kJ

典型的な W' 値

サイクリストレベル	W' 範囲 (kJ)	何を意味するか
レクリエーション	10-15 kJ	サージ容量が限られている、短いアタック
競技アマチュア	15-20 kJ	中程度のアナエロビック容量、典型的な範囲
エリートロード	20-25 kJ	アタックやスプリントのための高いサージ容量
エリートMTB/CX	18-23 kJ	繰り返しのサージに最適化されている

💡 実際のライディングでの W' の理解

W' = 20 kJ の例:

350Wで1分間 (CPより100W高い = 250W) = 6 kJ 枯渇 → 残り 14 kJ
300Wで2分間 (CPより50W高い) = 6 kJ 枯渇 → 残り 8 kJ
450Wで30秒間 (CPより200W高い) = 6 kJ 枯渇 → 残り 2 kJ
もし W' がゼロまで枯渇したら → あなたは限界です、回復するためにCP未満に落とさなければなりません

CPとW'を計算する方法

クリティカルパワーとW'を決定するには、異なる持続時間での複数の最大エフォートが必要です。標準的なプロトコルは、3-5回のタイムトライアルを使用します。

標準的なCPテストプロトコル

テスト 1

3分間の最大エフォート

十分なウォームアップの後、3分間の全力エフォートを行います。平均パワーを記録します（例：330W）。次のテストの前に30-60分休憩します（または別の日に行います）。

テスト 2

12分間の最大エフォート

最大持続可能パワーで12分間のタイムトライアルを行います。平均パワーを記録します（例：275W）。最後のテストの前に完全に休憩します。

テスト 3

20分間の最大エフォート

20分間のFTPスタイルのエフォートを完了します。平均パワーを記録します（例：260W）。これが最も長い持続時間のテストです。

計算

数学的な曲線適合

パワー対時間のデータをプロットし、双曲線に適合させます。Bike Analyticsはこれを自動的に行います。

CP: パワー持続時間曲線の漸近線（例：250W）
W': 曲率定数（例：18 kJ）

⚠️ テストのベストプラクティス

一貫した条件: すべてのテストで同じ場所、ギア、機材を使用する
十分な休息: 各テストの24-48時間前にはハードなトレーニングをしない
適切なペーシング: 各エフォートはその持続時間に対して本当に最大でなければならない
適切な間隔: 同日プロトコルでない場合は、テスト間に24-48時間空ける
キャリブレーションされたパワーメーター: 各テストの前にゼロオフセットを行う

💡 代替案: 既存のライドデータを使用する

最近のレースやハードなライドからのパワーデータがある場合、Bike Analyticsはあなたのパワー持続時間曲線からCPとW'を推定できます。

過去90日間のベスト3分パワー
ベスト5分パワー
ベスト12分パワー
ベスト20分パワー

この「過去のベスト」法は、専用のテストよりも精度が低いですが、妥当な開始推定値を提供します。

W' Balance: リアルタイム疲労追跡

W' Balance (W'bal) は、ライド中のアナエロビック容量の枯渇と回復をリアルタイムで追跡します。 これは、ペーシングとレース戦略のためのCPモデルの最も強力なアプリケーションです。

W'bal の仕組み

枯渇フェーズ (CP以上):

CPを超えて乗ると、W'は直線的に枯渇します
レート = (現在のパワー - CP)
例：CPより50W高い = 50 ジュール/秒の枯渇

回復フェーズ (CP以下):

CP未満で乗ると、W'は指数関数的に回復します
回復率はCPをどれだけ下回るかに依存します
低いパワー = 速い回復率
時定数 τ ≈ 377秒 (Skibaモデル)

W'bal の解釈

W'bal = 100%: 完全に回復、サージの準備ができている

W'bal = 75%: まだ強い、アタックできる

W'bal = 50%: 中程度の疲労、注意が必要

W'bal = 25%: 高い疲労、サージ容量は限定的

W'bal = 0%: 完全に疲労困憊、CP未満で乗らなければならない

重要な洞察: CP未満の短い回復でもW'を回復させます。150W（CPより100W低い）での30秒間の回復で、2-3 kJのW'を回復できます。

🚴 例: MTBレースでの W'bal 管理

シナリオ: 90分のクロスカントリーレース、CP = 250W, W' = 20 kJ

ラップ 1 (0-15 分): 控えめなペース、W'balは80-100%を維持
ラップ 2 (15-30 分): ハードな登り (350Wで90秒) → W'balは55%に低下
回復 (30-35 分): 簡単な下り (150W) → W'balは70%に回復
ラップ 3 (35-50 分): バーストを伴うテクニカルセクション → W'balは60-75%で変動
ラップ 4 (50-65 分): 登りでのアタック (380Wで60秒) → W'balは40%に低下
最終ラップ (65-90 分): W'balを慎重に管理し、スプリントフィニッシュのために温存

結果: W'balを監視することで、ライダーはいつサージが可能で、いつ回復が必要かを正確に知ることができます。「感覚」に基づく推測ではありません。

実践的な CP と W' の応用

1. 長い登りのペーシング

持続可能な登坂パワーを決定するためにCPを使用します。登りの持続時間が30分以上の場合、ターゲットパワーはCP以下であるべきです。CPをわずかに超えても大丈夫ですが、頂上の前に「爆発」しないようにW'balを追跡してください。

例: 40分の登り

CP = 250W: 持続可能なターゲットパワー
260W (CPより10W高い): W'にわずかに食い込むが、40分間は持続可能
280W (CPより30W高い): 高すぎる、W'は約11分で完全に枯渇する

2. MTBとシクロクロスレース戦略

オフロードレースは、CPを超える絶え間ないパワーサージを伴います。W'balを使用して「マッチを燃やす」ことを管理します。各サージはW'を枯渇させ、回復期間は容量を回復するのに十分でなければなりません。

MTBサージ管理:

アタック前: W'bal ≥ 60% を確認する（十分な予備）
サージ中: W'の枯渇を受け入れるが、コストを知る
サージ後: 次のエフォートの前にW'を回復するためにCP未満に落とす
レース後半: もし W'bal < 30% なら、大きなサージを避ける—爆発してしまう

3. クリテリウムとロードレース戦術

クリテリウムは繰り返しの加速とアタックを必要とします。W'balは、いつアタックに対応でき、いつ逃げを許すべきかを知るのに役立ちます。

クリテリウムアタックの決定:

W'bal = 85%: 逃げに乗る—予備がある
W'bal = 40%: リスキー—追いかけて爆発するかもしれない
W'bal = 15%: 集団に留まり、最終スプリントのためにW'を回復する

4. インターバルトレーニングの設計

インターバルを正確に構成するためにCPとW'を使用します。VO₂maxインターバルの場合、パワーは CP + (W' / インターバル持続時間) であるべきです。

例: 5分間の VO₂max インターバル

CP = 250W, W' = 20 kJ
ターゲットパワー: 250W + (20,000J / 300秒) = 250W + 67W = 317W
これは5分間でW'を完全に枯渇させます
回復: W'を回復するためにCP未満で5-10分

5. タイムトライアルのペーシング

30分以上のタイムトライアルでは、W'の枯渇を避けるためにCPよりわずかに下で乗ります。フィニッシュのサージのためにW'を温存してください。

40K TT ペーシング:

最初の 35K: CPの95-98%（W'を温存）
最後の 5K: 徐々に CP + 10-20W に上げる（W'を使用）
最後の 1K: W'を完全に使い果たす（スプリントフィニッシュ）

Critical Power & W': よくある質問

CPはFTPより優れていますか？

CPは単一のテストではなく複数のエフォートから導き出されるため、より科学的に堅牢です。 しかし、FTPはシンプルで広く理解されています。ほとんどのサイクリストにとって、FTPで十分です。精度、W'トラッキング、またはレースペーシングモデルを求める場合はCPを使用してください。実際には、CP ≈ FTP + 5-10W です。

W'が完全に回復するのにどれくらいかかりますか？

回復は直線的ではなく指数関数的です。 CPより100W低い場合、W'は約6分で50%、12分で75%、20分で90%回復します。完全な回復（99%以上）には、非常に低いパワーで30-40分かかります。CPをどれだけ下回って乗るかによって、W'の回復速度が変わります。完全な休息（0W）は最適ではありません—軽いスピニング（~100-150W）が回復を加速します。

W'を増やすためのトレーニングはできますか？

はい—W'はアナエロビックインターバルを通じてトレーニング可能です。 VO₂maxインターバル（CPの110-120%で3-8分）と繰り返しのサージ（CPの150%以上で30-90秒）はW'を拡大します。ロードスプリンターやMTBレーサーは通常、エンデュランスライダーよりも高いW'を持っています。トレーニングの焦点：W'を完全に枯渇させる高強度インターバルを週に1-2回行い、その後十分な回復を行います。

ライドが進むにつれてW'は減少しますか？

はい—W'容量は蓄積された疲労とともに減少します。 ライドの初期には20 kJ利用可能かもしれませんが、2-3時間のハードなライディングの後、有効なW'は12-15 kJに低下する可能性があります。これが、レース後半のサージがよりきつく感じる理由です—あなたのアナエロビック予備能が損なわれています。Bike Analyticsは、疲労要因を使用してこのW'の枯渇をモデル化できます。

どのくらいの頻度でCPとW'を再テストすべきですか？

トレーニング進行中は8-12週間ごとです。 CPはFTPよりもゆっくりと増加します（より安定的です）。W'はターゲットを絞ったアナエロビックトレーニングで大幅に変化する可能性があります。主要なトレーニングブロック、病気、怪我の後に再テストしてください。CP/W'はFTPよりも短期的なフィットネス変動に対してより耐性があります。

屋内トレーニングにCPを使用できますか？

もちろんです—CPは屋内トレーニングに最適です。 スマートトレーナーは安定したパワーを提供し、CPテストを非常に正確にします。Zwift、TrainerRoad、その他のプラットフォームはCPベースのワークアウトをサポートしています。W'balトラッキングは、パワーが一貫している屋内で完璧に機能します。多くのコーチは、構造化された屋内トレーニングにCPを好みます。

Skiba W' Balance モデルとは何ですか？

フィリップ・スキバ博士の2012年のモデルは、W'の枯渇と回復を数学的に追跡します。 回復キネティクスのために時定数 τ ≈ 377秒の微分方程式を使用します。このモデルはWKO5、Golden Cheetah、Bike Analyticsに実装されています。これはライド中のリアルタイムW'bal計算のゴールドスタンダードです。研究：Medicine & Science in Sports & ExerciseにおけるSkiba et al. (2012, 2014, 2021)。

CPとW'はレースパフォーマンスを予測できますか？

はい—3-60分のエフォートに対して高い精度で予測できます。 CPモデルは、任意のパワーでの疲労困憊までの時間を予測できます。例：CP = 250W、W' = 20 kJの場合、300Wを正確に6.67分間持続できます（20,000J / 50W = 400秒）。より長いエフォート（60分以上）の場合、CPは追加の疲労要因のために持続可能なパワーをわずかに過大評価します。

高度はCPとW'にどのように影響しますか？

CPは標高1500mを超えると300mごとに約1%減少します。 アナエロビック容量は酸素に依存しないため、W'への影響は少ないです。2500mでは、CPは3-4%低下すると予想されますが、W'は同様のままです。これは、高地では持続可能なパワーは低下しますが、（新しいCPに対する相対的な）サージ容量は維持されることを意味します。正確なトレーニングゾーンのために、高地でCPを再テストしてください。

ゾーン4の閾値トレーニングにCPを使用すべきですか？

はい—CPはゾーン4の閾値を正確に定義します。 閾値インターバルはCPの95-105%であるべきです。（単一のテストから推定される）FTPとは異なり、CPは数学的に導き出された閾値を提供します。持続的なテンポエフォート（2×20分）の場合は、CPで乗ります。より短いインターバル（5×5分）の場合は、CP + 3-5%で乗ります。Bike AnalyticsはCPからトレーニングゾーンを自動的に計算します。

研究参考文献

Jones, A.M., Burnley, M., Black, M.I., Poole, D.C., & Vanhatalo, A. (2019)

Critical Power: Theory and Applications

Journal of Applied Physiology, 126(6), 1905-1915.

アスリートとコーチのためのクリティカルパワー理論、生理学的基礎、および実践的応用に関する包括的なレビュー。

Skiba, P.F., Chidnok, W., Vanhatalo, A., & Jones, A.M. (2012)

Modeling the Expenditure and Reconstitution of Work Capacity Above Critical Power

Medicine and Science in Sports and Exercise, 44(8), 1526-1532.

指数関数的な回復キネティクスを持つW' Balanceモデルを紹介。リアルタイムW'balトラッキングの基礎。

Skiba, P.F., & Clarke, D.C. (2021)

The W′ Balance: Mathematical and Methodological Considerations

International Journal of Sports Physiology and Performance, 16(11), 1561-1572.

W' Balanceの計算方法、検証研究、および実践的な実装に関する最新のレビュー。

Poole, D.C., Burnley, M., Vanhatalo, A., Rossiter, H.B., & Jones, A.M. (2016)

Critical Power: An Important Fatigue Threshold in Exercise Physiology

Medicine and Science in Sports and Exercise, 48(11), 2320-2334.

重度と激しい運動領域を分ける生理学的閾値としてのクリティカルパワーを検証。

Clark, I.E., Vanhatalo, A., Thompson, C., et al. (2021)

A Comparative Analysis of Critical Power Models in Elite Road Cyclists

European Journal of Applied Physiology, 121, 3027-3037.

エリートサイクリストにおけるさまざまなCP計算方法を比較。CPが呼吸補償点と一致することを示している。

📚 さらなる読書

Training and Racing with a Power Meter (3rd Ed.) by Hunter Allen & Andrew Coggan - クリティカルパワーとW'に関する章
WKO5 Software Documentation - 詳細なCPとW'bal実装ガイド
Golden Cheetah CP Analysis - CP曲線適合のためのオープンソースツール