hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
スピン偏極STMを用いた分子の磁気特性の観察と制御

表面の電子状態を原子分解能で観察できるSTMの探針として磁性材料を使用し、高いスピン偏極率を持つトンネル電子で表面スピン状態を観察する高スピン偏極STM(Spin Polarized STM : SPSTM)を開発し、これを用いて表面上に吸着させた有機分子の持つスピンを原子レベルで計測することを目的とし、(1)金属表面上の分子の配列・配向の高分解能観察(2)金属表面上の分子の局所状態密度の観察(3)スピン偏極探針の作製と磁性材料観察への応用の研究を行った。(1)に関しては、金(111)表面をマイカ表面上に作製し、その上でフタロシアニン分子がエピタキシャル成長することを見出した。金表面の再構成が、エピタキシャル構造を確定していることがわかり、表面から3層目までの分子の配列・配向に関し、下地の原子配列の関係を明らかにするとともに、膜厚による走査トンネル顕微鏡像のコントラストの違いから、分子間および分子と基板の相互作用の影響を議論した。(2)に関しては、銅表面に吸着したフタロシアニン分子の極低温下における微分コンダクタンススペクトルおよび微分コンダクタンス像を観察し、分子軌道を可視化することに成功した。量子化学計算との比較により、銅の表面では、分子の軌道と銅の軌道が混成することによって、最高占有軌道と最低非占有軌道の間に、新たな準位が形成することがわかった。(3)に関しては、探針のクリーニング装置と磁性材料の蒸着装置を開発し、安定な作製方法を確立した。本研究では、表面の電子状態を原子分解能で観察できるSTMの探針として磁性材料を使用し、高いスピン偏極率トンネル電子で表面スピン状態を観察する高スピン偏極STM(Spin Polarized STM:SPSTM)を開発し。これを用いて表面上に吸着させた有機分子の持つスピンを原子レベルで計測することを目的とする。本年度は、中心金属にコバルトを有するコバルトフタロシアニン(CoPc)を対象分子とし、金および銅表面に分子を少量蒸着し、個々の分子の電子状態を微分コンダクタンス(dI/dV)測定より明らかにした。まず、金(111)面上では、CoPc分子は、規則正しく配列したエピタキシャル多層膜を形成した。2層目・3層目の分子は内部構造まで明瞭に観察されたのに対し、1層目の分子は、輪郭のみが確認され、分子-基板の相互作用が大きいことが示唆された。1層目の分子のdI/dV測定より、分子の最高占有軌道(HOMO)および最低非占有軌道(LUMO)に相当するピークが確認された。一方、銅(100)表面の分子のdI/dVスペクトルでは、HOMOおよびLUMOに対応するピークの他に、HOMO-LUMOギャップ内にピークが確認された。dI/dVの分子上マッピングおよび密度汎関数を用いた分子軌道計算により、このピークは吸着により、分子のLUMOと銅表面の軌道が混成して生じた新たな電子状態であることがわかった。安定なdI/dV測定が可能となったことにより、探針に磁性材料を用い、スピンに関する情報を取り出すことを目指す。
シナプス前膜蛋白質に対するアンチセンスDNA等を用いた神経伝達物質放出機構の解析

本研究では神経突起の膜特異的蛋白質であるHPC-1の機能について、アンチセンスDNA等の投与により生合成を抑制した効果を、特に神経伝達物質放出との関連に注目して調べることを目的とした。実験には山口の開発した太い(5-10mum)神経突起末端部を持つラット脊髄後根神経節細胞の単離培養系を用いた。HPC-1に対する抗体を用いた免疫細胞化学的検索の結果、この太い神経突起の全体にわたってHPC-1は強く発現してることが解った。この太い神経突起末端部が軸索末端部と見なせるか検討した。ホールセルクランプ法で突起末端部の電流を記録するとTTX感受性Na細胞が存在していた。また、中枢神経細胞軸索特異的蛋白質であるタウに対する抗体で染めたところ、すべての神経突起が陽性であった。さらに、シナプス顆粒膜の特異的蛋白質シナプトファイシンに対する抗体で染めたところ、特に太い先端部に高密度に存在していることが示された。以上の結果は太い神経突起末端部が軸索末端部と見なせる、ということを示唆している。しかし、中枢神経細胞の樹状突起特異的蛋白質であるMAP2に対する抗体で染めたところ、太い突起の中にも陽性のものが見られた。従って、太い神経突起は軸索的性質が強く発現されているが、未分化な部分も残っていると考えられた。次にHPC-1メッセンジャーRNAに対するアンチセンスDNA(24mer)を単離直後のDRG細胞に与えた。結果は全く予想外で太い突起の再生は全く見られなくなり、無数に分岐した細い突起が網目状に再生した。このことからHPC-1は神経伝達物質の放出機構に関与するのみならず、形態形成にも関与し、軸索膜を安定化させ、分岐形成を抑制しているということが初めて示された。学習等の過程において、HPC-1のdown-regulationにより軸索の出芽が生じ新たなシナプス結合が形成される可能性があり、今後検討して行きたい。
センサ、流体制御機能を有した体内留置弾性チューブ

体内で用いるチューブへの電気的および流体制御など機能付加を目指し、非平面フォトファブリケーション技術による微細加工を行った。複数の凹面部を形成したセラミック基板内壁へ凸形状を形成し、電解めっきにより金属層を形成し、内腔側に突出する金属構造とした。さらに凹面部へ流路構造の形成も行った。外径0.4mmの高分子チューブに電極構造および絶縁層を積層し電気的機能を付加しレーザーにより壁を貫通加工し内腔と外部をつなぐ構造とした。薄肉柔軟な構造を目指し、気相で成膜可能な高分子を材料として用い複数個の電極を内部に有したポリマー多層チューブを形成した。体内管腔部に留置する次世代高機能医療デバイスの実現へ役立つ組立実装技術の開発を行う。薄肉柔軟なチューブ構造の内側に向いた各種マイクロセンサに加え、ワイヤレス給電と通信機能、さらに内径可変による流量制御や弁としての機能を備えることで、内腔の生理的機能を損なうことなく、圧や流量、温度など様々な計測と治療を行う。デバイス内腔に機能を付加するため、複数の半円形状の溝を形成した基板に非平面フォトファブリケーションを用いて一括に配線構造を形成し、電子部品の実装を試みた。また、上述の基板を2枚重ね合わせて接合し、犠牲層を利用してチューブ形状部品を複数一括作成し、取り出すことができた。今後、多層配線を形成した内腔にフリップチップボンディングを用いて微小部品を実装し、実際に機能搭載したチューブを一括作製、評価する。チューブ外側に機能を付加する工程では、チューブおよび細径金属ロッド外面に非平面フォトファブリケーションにより電極構造を形成し、チューブ内腔に金属ロッドと一体化した光導波路を通し、光刺激機能を有した神経活動計測電極とした。細径の場合は一括投影露光を、太径の場合は点照射露光を使い分けてフォトファブリケーションを行った。流量制御および弁としての機能を搭載したチューブ型デバイスを想定し、高分子膜パリレンを金属密ばねに成膜しアコーディオン構造とした外径0.5mm以下の細径伸縮および屈曲機構を作製し、動作を確認した。また、各種センサおよびワイヤレス通信デバイスの選定と基礎的な試作を行った。非平面フォトファブリケーション技術を用いて温度センサなど各種センサおよび体腔内留置デバイスの内腔への電気的な機能化、流体制御、細径化を目指し、チューブ形状の内面と外面に非平面フォトファブリケーション技術による微細加工を行った。具体的には外径約400μmのポリイミドチューブに電極構造および絶縁層を積層し電気的機能を付加し電気的評価を行うとともに、レーザーアブレーションによりチューブ壁を貫通加工し、内腔と外部をつなぐ構造とした。さらに、薄肉で柔軟な構造を目指し、気相で成膜可能な生体適合性のポリパラキシリレン樹脂(パリレン)をチューブ壁材料として用い、複数個(8個)の電極と独立した構造を内部に有したポリマー多層チューブを形成した。作成プロセスとして金属ロッド表面に犠牲層を形成し、その上にパリレンを成膜、さらに電極構造などの形成を行い、ポリマー犠牲層をエッチング除去し金属ロッドを抜去しチューブを形成した。また、流体制御などを目指し、内壁に立体構造をフォトファブリケーションにより一括で形成する目的で、複数の凹面部を形成したセラミック基板内壁へ凸形状を形成し、金属シードレイヤーのスパッタリング後に電解めっきにより内腔へ厚く金属層を形成し、内腔側に突出する金属構造とした。さらに、内壁に液体、気体を通す構造を形成する目的で複数の凹面部を形成したセラミック基板へフォトファブリケーションにより厚く形成した銅層を犠牲層として形成し、ポリマー層成膜後に銅層をエッチング除去することで、流路構造の形成を行った。ナノデバイス医工学用途に応じたデバイスの設計試作を順調に進めており、作製プロセスの改良も行った。それぞれの目的に対してデバイスの設計試作と評価計測を行う。機能評価の他、デバイス形状と柔軟性、体内固定と安全性についても評価を同時に行い、挿入方法の改善も検討する。これらの結果を元にデザイン、実装、システム全体の見直しを行い、改良したデバイスとシステムを開発し実使用に役立つかたちに近づける。
肺癌における神経内分泌分化を特徴づける因子の解明

本研究では分子生物学的手法を用いて肺上皮細胞、非小細胞肺癌に対して神経内分泌分化を誘導し、その課程における詳細な分子メカニズムを解明することを目的とした。具体的には研究計画としてあげていた「なぜ小細胞肺癌形成において、p53、Rbの機能欠失が必要であるか」を明らかにするための研究を進めた。小細胞肺癌はほぼ全例においてTP53、RB遺伝子変異を有し機能的欠失を伴っている。これらが下流シグナルに対し与える影響を明らかにすることで小細胞癌化へ必要な因子を同定することを目指している。小細胞癌化とRB遺伝子の関与を検討するため、H1975細胞を用いてCRISPR/Cas9でRB遺伝子ノックアウトを行ったH1975(RB loss)細胞を作製した。そしてH1975(RB loss)細胞とH1975-parent細胞それぞれにFGF9を過剰発現し、in vitro, in vivoにおいて細胞形態や組織型の違いを検討した。In vitroにおいては細胞の大きさ、核の状態などの違いはなく、また、培養液中で遊細胞化するなど培養性質の変化は認められなかった。しかし、神経内分泌マーカーであるAscl1の遺伝子発現に関してはH1975(RB loss)-FGF9細胞で有意に高い結果が得られたが、さらに、EGFR阻害剤によるEGFRシグナル抑制により、Ascl1の遺伝子発現が著明に上昇する結果が得られた。この結果を受け、現在in vivoにおいてH1975(RB loss)-FGF9細胞皮下移植マウスを用いて、osimertinib投与によるEGFRシグナル阻害が神経内分泌化に寄与するかを確認中である。予定していた網羅的解析を含めた遺伝子発現プロファイルの解析に関してはこれらの結果を待ち、行うことを予定している。当初網羅的解析を含めた遺伝子発現プロファイルの解析に関しては比較的早期に進めていく予定であったが、検討途中においてEGFR経路阻害による神経内分泌変化の可能性を示唆する実験結果が得られたことから、追加の実験を行いその結果を受けての網羅的遺伝子解析を検討している。そのために、当初の計画よりも遅れた経過となっていると考えている。まずは上記結果を確認し、今後は当初の計画を遂行していく予定である。進捗状況に応じて検討する細胞の種類を減らすなどし、全体計画を完遂することを目標としていく。
T細胞の活性化におけるNa^+イオンおよびNa^+イオン・チャンネルの役割

申請者らはNa^+を含まない培養液中では、抗原刺激によるエフェクターT細胞の増殖応答が消失することを見出し、本研究ではその不応答の機序の解明を目的に以下の実験を行った。1.ヒトCD4^+T細胞クローンをアミロライドで処理した。その結果抗原刺激に対する増殖応答が抑制されたので、ヒトT細胞にはある種の上皮細胞に発現するアミロライド感受性Na^+チャンネル(ENaC)が存在すると考えた。すでにENaCはB細胞とは発現することが報告されている。2.そこでRT-PCR法によりヒトCD4^+T細胞クローンにおけるENaC遺伝子の転写の検出を試みた。しかし、T細胞にはENaCの発現は検出できなかった。3.Na^+イオンを欠損する培養液中での、抗CD3抗体によるJurkat細胞の活性化を試みたところ、CD3分子、ζ鎖およびZAP-70などのシグナル伝達に関わる蛋白質のチロシリン酸化は、通常の培養液中で行ったコントロール細胞のものと同様に認められた。以上より、T細胞の活性化におけるNa^+チャンネルの作用機序を探索するのは困難と判断した。いっぽうで、申請者らは新たにIL-2存在下に長期培養したCD4^+T細胞クローンが、抗CD3抗体によるTCR刺激およびCD28を介した副刺激に不応答性となるが、抗原提示細胞により提示されたHLAクラスII・ペフチド複合体にはむしろ過剰に反応を示すことを発見した。そこで現在は、この研究に力を注ぎ、T細胞のメモリー形成にもつながるT細胞の長期生存機構の解明を試みている。
航空機用炭素繊維強化プラスチックの雷電磁環境解析法の開発と耐雷設計法の立案

炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は,軽さと高い強度を併せもつため,航空機体への適用も進んでいる。航空機体に用いられているCFRP積層板は,繊維方向とその直交方向の導電率が著しく異なる薄い層(約0.2 mm)が,繊維方向を変えて数十層も重ねられている。このため,CFRP積層板を用いた航空機に雷撃が生じた場合,金属機体に比べて,雷電流分布が複雑になり,局所的に高い電界が発生する可能性がある。また,金属に比べて導電率が低いことに起因して,発生熱も高まり,さらに,機内に侵入する雷電磁界パルスの振幅も大きくなると考えられる。燃料タンク近傍での高電界や高温の発生は,爆発に繋がる危険性があるため,耐雷対策が不可欠である。しかし,このような薄くて異方性をもつ層構造のCFRP機体の耐雷設計は手探りの状態で,未だ確立されるには至っていない。本研究では,雷撃を受けたCFRP機体内の雷電流分布,各部の発生電界,発生熱のシミュレーション法とモデルの開発を行い,より効率的なCFRP航空機の耐雷対策の立案を行うことを目的としている。平成30年度は,時間領域有限差分(Finite-difference time-domain, FDTD)法において,通常の立方体あるいは直方体セルではなく,薄い三角柱セルを新たに導入し,その解析アルゴリズムを開発し,さらに,それに基づく新しいプログラムの作成を行った。この成果を含め,関連した研究の成果は,電気学会論文誌等の6件の雑誌論文として掲載されている。必要十分な研究時間を確保でき,平成30年度に予定していた課題に取り組むことができたたため。平成31年度には,予定通り,電磁界と熱の練成解析技術の開発と妥当性の検証と雷放電路のモデル開発と妥当性の検証を行う。CFRP積層板の雷磁界・熱練成解析を実現するため,平成30年度に開発したプログラムに,発生熱と熱伝達の計算アルゴリズムを開発し追加する。CFRP積層板を対象に行われた雷インパルス電流印加実験時のサーモカメラによる熱分布の実測結果との比較を行い,開発プログラムの妥当性の検証を行う。次年度使用額約30万円が生じた理由は,本年度の研究で行った数値計算には,研究室既存の計算機で対応可能であったため,本補助金で購入予定であった計算機の購入を次年度に変更したためである。本年度は,最新の計算機を購入し,電磁界と熱の練成解析技術の開発と妥当性の検証と雷放電路のモデル開発と妥当性の検証を行う予定である。この期間に得られることが予想される電磁界・熱練成解析手法とモデルに関する研究成果は,国内外の学会等で発表を行う予定である。
感染による動脈硬化の進展とその抑制に関する病態生化学的・免疫学的解析

本研究では、動脈硬化好発モデル(Apoe^<+/->、Ldlr^<+/->)マウスにHelicobacter pylori (H.pylori)の経口感染による動脈硬化の惹起、およびH.pylori由来の熱ショックタンパク質(Hp-HSP60)免疫による動脈硬化の惹起抑制の詳細な機序を解明した。実際には、(1)胸部大動脈の狭窄率を算出した他、マクロファージの泡沫化、血管平滑筋細胞の活性化、スカベンジャー受容体の発現、β2-グリコプロテインI(β2GPI)の浸潤、細胞接着分子や各種サイトカインの産生を確認した。(2)血中脂質代謝マーカーの他に、血中および脾臓細胞培養上清中の新規動脈硬化マーカー(酸化LDL/β2GPI複合体)や免疫応答の指標となる抗Hp-HSP60抗体および各種Th1、Th2サイトカインを測定した。更に、(3)脾臓リンパ球の表面マーカーのフローサイトメトリーによる解析を行った。次に、H.pylori陽性の高血圧症患者を対象とした臨床試験で、感染(特にH.pylori)およびHp-HSP60に対する液性免疫応答が動脈硬化の進展にどの様に関与しているかを病態生化学的、免疫学的、臨床免疫学的に解析した。また、H.pyloriの除菌により動脈硬化の進展が抑制されるか否かについても究明した。その結果、モデルマウスを用いる研究では、H.pyloriの経口感染によって、Hp-HSP60に特異的なTh1応答が誘導され、その結果、動脈硬化が有意に進展することが実証された。また、その細胞性免疫関与の動脈硬化の進展が、アジュバントを用いるHp-HSP60の免疫によって有意に抑制されることを認めた。我々の発見した新規マーカー(酸化LDL/β2GPI複合体)のレベルもまた、動脈硬化の進展・退行に対応して推移した。このように、慢性感染に対する免疫応答が動脈硬化を惹起すること、またワクチンによってその進展を抑制することが示唆された。ヒト試験のための倫理委員会の承認を受け臨床試験体制を構築し、また、抗Hp-HSP60抗体価と冠動脈疾患の発症との関係を見いだすと共に、Hp-HSP-60に反応性のT細胞株を患者よりクローニングした。本年度は、6週齢の高脂血症モデルマウスである(apoE欠損マウス[apo^<-/->]、LDL受容体欠損マウス、[ldlr^<-/->]に左Helicobacter pylori (H.pylori ; Hp)のSS1株を経口感染させた後、10週間高脂肪食を負荷して飼育した。16週齢時に屠殺し、胸部大動脈の標本を作製し、動脈硬化の進展を解析したところ、対照群に比し著しい動脈硬化病変の形成が認められた。また、H.pylori感染とともにH.pylori由来の熱ショックタンパク質60(Hp-HSP60)による皮下免疫あるいは、予め別のマウスに免疫して得られた抗Hp-HSP60抗体の静脈内投与により、(抗生剤による除菌処理と同等に)H.pylori感染により惹起された動脈硬化が有意に減少した。

これらの処置により、誘導される免疫応答について精査するため、屠殺時にマウスより脾臓細胞を培養し、Hp-HSP60に特異的なTh1、Th2応答、マクロファージやT細胞の活性化について解析した。H.pylori感染群のマウス脾細胞では、Hp-HSP60刺激下、IFN-γ、IL-12の産生量の増加、T-bet、CXCR3、DEC205などの発現量の増加が認められ、抗原(Hp-HSP60)に特異的なTh1応答が確認された。ところが、抗生剤による除菌群、免疫群、および抗Hp-HSP60抗体投与群では、感染により誘導されたTh1応答が動脈硬化の抑制と共に低下していた。一方で、これら治療群では、逆にTh2誘導(IL10産生やGATA3発現の増加)が認められた。また、抗γδΤ抗体(GL3)のapo^<-/->投与によりγδΤ細胞を除去するとH.pylori感染によって惹起される動脈硬化の発症が見られなかった。この様に、H.pylori感染(すなわち、Hp-HSP60に対するTh1応答の惹起に伴って動脈硬化が進展すること、および、抗生剤による除菌、Hp-HSP60の免疫(ワクチン)、抗Hp-HSP60抗体の投与(免疫療法)によって、Th1応答依存的な動脈硬化が抑制されることが明らかになった。今年度明らかになった免疫応答の関与する動脈硬化の制御機序に基づいて、平成19年度は、ヒトの前向き試験やさらなる動物モデルによる解析を行い、慢性感染が惹起する動脈硬化の撲滅に関する研究を推進する。昨年度の本研究で、動脈硬化好発モデル(Apoe^<+/->、Ldlr^<+/->)、マウスにHelicobacter pylori(H.pylori)を経口感染させるとH.pylori由来の熱ショックタンパク質(Hp-HSP60)に特異的なTh1応答が誘導され動脈硬化が惹起されること、および、Hp-HSP60免疫により、この細胞性免疫関与の動脈硬化の誘導が抑制されることが判明した。今年度は、まず、Hp-HSP60免疫により惹起される液性免疫(Hp-HSP60免疫により誘導される抗体)が動脈硬化をどの様に抑制するのか、その機序についてin vitro transendothelial migration assayを試行した。その結果、in vitroでHp-HSP60により感作したH.pylori感染マウスの(脾臓細胞由来)T細胞の血管内皮透過性をIgG、IgM抗Hp-HSP60抗体は阻害した。この様に、Hp-HSP60免疫により誘導されるIgG、IgM抗Hp-HSP60抗体が血管内皮細胞に発現した内在性(この実験系の場合マウス由来の)HSP60に結合することで、ナイーブなT細胞の内在性HSP60による再活性化と血管内皮透過性を阻害することが示された。このことは、感染が惹起する動脈硬化をワクチン療法で予防・治療できる可能性を示唆している。ヒトの末梢T細胞を用いる同様の検討も行った。ヒト試験のための倫理委員会の承認を受け臨床試験の体制を構築し、また、抗Hp-HSP60抗体価と冠動脈疾患の発症との関係を見いだすと共に、Hp-HSP60に反応性のT細胞クローンを患者よりクローニングした。以上の結果は、一大社会問題である生活習慣病の原因である動脈硬化において、慢性感染がその進展に深く関与している可能性が高いことを示している。
アトピー性皮膚炎の表皮細胞におけるTh1とTh2ケモカイン産生の制御について

アトピー性皮膚炎(AD)は末梢血好酸球数増多や血清IgE値の上昇などを特徴とするアレルギー性皮膚疾患であり、特に急性期においてはTh2優位な病態にシフトしており、慢性期になるとTh2とTh1がともに病態に関与すると考えられている。今年度は、皮膚特異的なケモカインであるCTACK/CCL27と好酸球遊走に関与するEotaxin-2,3/CCL24,26のADにおける発現と、Th2ケモカインであるMDC/CCL22の表皮角化細胞(KC)における産生制御について検討した。ADにおけるCTACK発現に関しては、AD患者の血清中のCTACK値は健常人に比べて有意に上昇しており、病勢を反映することが明らかとなった。またAD患者病変部の表皮KCにCTACKが強く発現していた。なお、血清中のCTACK値はTh1優位な病態と言われる尋常性乾癬(PsV)患者でも健常人に比べて有意に上昇していた(J Allergy Clin Immunol 111 : 592,2003)。表皮KCにおけるMDC産生制御に関しては、ヒトKCのcell lineであるHaCaT細胞において、TNF-alphaとIFN-gammaの刺激によりMDC産生は相乗的に増加し、この増加はIL-4やIL-13添加により抑制されることを明らかにした(J Dermatol Sci 31 : 111,2003)。平成14年度はアトピー性皮膚炎患者よりサクションブリスターにて表皮細胞を分雌すること、表皮細胞におけるTARC/CCL17の制御を更に明らかにすることが大きな課題であった。サクションブリスターについては、患者より表皮細胞をシート状に分離したが、細菌などのコンタミネーションのためか培養2日後には死んでしまっている例が多く、生存のための培養方法および採手法に更なる工夫が必要と考えられた。またTARCの制御に関しては、表皮細胞のcell lineであるHaCaT細胞を用いてさらに解析したところ、TNF-αとIFN-γで産生されたTARCはTh2タイプのサイトカインであるIL-4によって濃度依存的に抑制されるという興味深い結果を得た。TARCはin vitroではT細胞や線維芽細胞からはIL-4により産生が増強することが報告されているが、表皮細胞はTARC産生という点に関してはこれらの細胞と異なる制御を示しており、実際の生体内においても特異な産生制御を有する可能性が示唆された。更に平成14年度はアトピー性皮膚炎と類似の病態を示す水疱性類天疱瘡と菌状息肉症についても血清TARC値を測定した。その結果両疾患ともに血清TARC値は健常人と比較し有意に高値であり、治療により皮疹が改善すると値の低下を示した。また両疾患ともに他の病勢を示すマーカーを有意な相関を示し、血清TARC値が疾息におけるマーカーとなりうることが新たに解った。
オリゴデンドロサイト短期取得方法の開発

脳梗塞後、梗塞巣内に多分化能を有した虚血周皮細胞が出現することが見出された。虚血周皮細胞を無血清下で特定の細胞外マトリックス上で培養することでオリゴデンドロサイト前駆細胞様細胞(以下OPC様細胞と略)が得られる可能性を見出した。本研究では、この現象のメカニズム解明を通して脱髄疾患の細胞治療への応用へつなげることを目的とした。平成29年度の研究から、OPC様細胞自体の維持・増殖が難しいこと、また虚血周皮細胞からOPC様細胞を経ずにオリゴデンドロサイトマーカーを発現する細胞を誘導することはできたが、その効率は著しく低いことがわかった。そこで平成30年度では虚血周皮細胞と細胞外マトリックスの関係を検討し、効率の良い分化誘導法を探索した。虚血周皮細胞をある細胞外マトリックス上で高密度培養すると、培養100日を超える長期培養(継代回数10回以上)が可能であった。さらに、10回継代した虚血周皮細胞から効率よく神経細胞マーカーおよびアストロサイトマーカーを発現する細胞へそれぞれ分化誘導することができた。虚血周皮細胞はこれまで30日以上の培養が困難であり、またその分化能も2回の継代で失われてしまっていた。今回得られた結果は細胞外マトリックスによって分化可能な虚血周皮細胞が従来の1000倍以上得られることを示しており、虚血周皮細胞を細胞治療へ臨床応用する上で非常に有用であると考えられた。一方、オリゴデンドロサイトマーカーを発現する細胞への分化誘導はできなかった。神経細胞マーカーやアストロサイトマーカーを発現する細胞にそれぞれ分化可能な虚血周皮細胞を大量に得る方法を新たに見出した。このことはオリゴデンドロサイトマーカーを発現する細胞へも分化誘導可能であることを示唆すると考えられるが、未だ分化誘導できておらず、標榜した研究課題名に対する進捗状況としてはやや遅れていると判断せざるを得ない。オリゴデンドロサイトマーカーを発現する細胞へ誘導できうると考えているが、これまでにも条件検討を行ってきており、これ以上の分化条件検討は現時点では非効率的であると考えられる。一方、神経細胞マーカーやアストロサイトマーカーを発現する細胞にそれぞれ分化可能な虚血周皮細胞を大量に得る方法を新たに見出した。しかし、細胞外マトリックスがどのように分化能の維持に寄与しているかは明らかになっていない。そこで、まず細胞外マトリックスが幹細胞マーカーや分化効率に与える影響を解析し、論文にまとめる。その過程でオリゴデンドロサイトへの分化誘導方法に関する知見を得ることを目指す。OPC様細胞を無血清下でPDGF-A、B、Dでそれぞれ刺激したが、増殖能や継代回数は改善できなかった。このとき、受容体であるPDGFRαおよびβはいずれも発現していることをRT-PCRで確認した。他の増殖因子でも検討を行ったが、いずれも改善はみられなかった。OPC様細胞の維持・増殖が困難であったことから、OPC様細胞への誘導を経ずに虚血周皮細胞からオリゴデンドロサイトへの分化誘導を試みた。その結果、OPC様細胞誘導に用いた細胞外マトリックス上で分化誘導することにより成熟オリゴデンドロサイトマーカーの発現を検出することができた。一方、他の細胞外マトリックスを用いると神経細胞マーカーの発現が誘導された。しかし、いずれもその効率は低かった。虚血周皮細胞を上記の細胞外マトリックス上でそれぞれ培養すると、神経系のマーカーの発現に特徴的な変化が認められるという知見が得られた。現在は得られた知見をもとに、細胞外マトリックスと神経系マーカーの発現との間にどのような関連性があるかを、血清や増殖因子による影響も含め詳細に検討している。動物実験施設の移転に伴い動物実験を5ヶ月間中断していたため、虚血周皮細胞の供給が十分ではなく継代数が少ない状況における細胞の解析があまり行えなかった。

今回得られた結果は細胞外マトリックスによって分化可能な虚血周皮細胞が従来の1000倍以上得られることを示しており、虚血周皮細胞を細胞治療へ臨床応用する上で非常に有用であると考えられた。一方、オリゴデンドロサイトマーカーを発現する細胞への分化誘導はできなかった。神経細胞マーカーやアストロサイトマーカーを発現する細胞にそれぞれ分化可能な虚血周皮細胞を大量に得る方法を新たに見出した。このことはオリゴデンドロサイトマーカーを発現する細胞へも分化誘導可能であることを示唆すると考えられるが、未だ分化誘導できておらず、標榜した研究課題名に対する進捗状況としてはやや遅れていると判断せざるを得ない。継代数が少ない状態における解析が不十分であるため、細胞外マトリックスと神経系マーカー、幹細胞マーカーとの関係について、主に蛍光免疫染色により解析を進める。得られた知見から、効率のよい分化誘導法を探索する。オリゴデンドロサイトマーカーを発現する細胞へ誘導できうると考えているが、これまでにも条件検討を行ってきており、これ以上の分化条件検討は現時点では非効率的であると考えられる。一方、神経細胞マーカーやアストロサイトマーカーを発現する細胞にそれぞれ分化可能な虚血周皮細胞を大量に得る方法を新たに見出した。しかし、細胞外マトリックスがどのように分化能の維持に寄与しているかは明らかになっていない。そこで、まず細胞外マトリックスが幹細胞マーカーや分化効率に与える影響を解析し、論文にまとめる。その過程でオリゴデンドロサイトへの分化誘導方法に関する知見を得ることを目指す。動物実験施設の移転に伴い動物実験を5ヶ月間中断していたため、予定していたよりも実験を行えず次年度使用額が生じた。今後細胞外マトリックスとマーカー分子との関係についての解析や、分化誘導法の検討を行う予定であり、その際必要な試薬、培養器具、培地等の購入に使用を予定している。分化誘導法の検討に時間がかかり、予定していたよりも細胞外マトリックスと各種マーカー分子との関係についての解析が進まなかったため、次年度使用額が生じた。今後は細胞外マトリックスと各種マーカー分子との関係についての解析を主に行っていく予定であり、その際に必要な抗体、試薬、培養器具、培地等の購入に使用を予定している。
超高分解能３次元スピン分解光電子分光による新機能物質の基盤電子状態解析

本研究では、スピントロニクス関連物質などの新機能物質における電子状態を高精度で決定する「超高分解能3次元スピン分解光電子分光装置」の開発を行った。装置の基幹部分である低速電子線回折3次元スピン検出器の開発・改良によって、従来型のスピン検出器に比べて2桁も高い光電子強度を得ることに成功し、スピン分解光電子分光装置として世界最高のエネルギー分解能5 meVを達成した。本装置などを用いて、トポロジカル絶縁体、ラシュバ金属、鉄系超伝導体などの新機能物質における角度分解光電子分光実験を行った結果、特異物性や新奇量子現象の起源となるフェルミ準位近傍の基盤電子構造を直接決定することに成功した。3次元スピン分解光電子分光装置の全体の設計と製作として、分解能向上を達成するための各部分装置の適性配置を決定し、装置の中心部となる二次元電子エネルギー分析器と超高真空ミューメタル測定槽の設計と製作を行った。低速スピン検出器の製作として、スピン検出効率を向上させるために、スピン検出器の設計と強磁性薄膜を用いた低速電子散乱ターゲットの作成を行った。薄膜基板を製作するための真空槽を立ち上げ、実際に基板の清浄化を行い、さらに薄膜作成のための蒸着源を製作し、薄膜作成真空槽の立ち上げも行った。電子偏向器の設計として、電子エネルギー分析器からスピン検出器へ電子を移送するレンズ系の設計を行った。電子軌道シミュレーションにより、高スループット・高分解能のための最適な電極形状・配置・印可電圧を決定し、低速電子を取り扱うための電極表面材質について検討を加えた。装置開発と並行して、角度分解光電子分光法により、トポロジカル絶縁体およびトポロジカル超伝導体の電子構造の研究を行った。タリウム系3元カルコゲナイドTIM'X_2ついて、X(S,Se)を系統的に変化させて電子構造を詳しく調べた結果、トポロジカル量子相転移によりディラック表面状態にギャップが形成される事を見出した。時間反転対称性を明示的に破っていない事から、新たなギャップ形成機構が存在することを提唱した。トポロジカル絶縁体Bi_<2-x>Sb_xTe_<3-y>Se_yについて、系統的にx,y組成を変化させた実験を行い、この物質がトポロジカル数を保ちながら高いバルク絶縁性を示し、且つディラック電子状態のエネルギー位置が制御可能な物質である事を見出した。また、新型トポロジカル絶縁体として、Pb(Bi_<1-x>Sb_x)_2Te_4を見出した。トポロジカル超伝導体の候補物質のCu_xBi_2Se_3について、常伝導状態の電子構造のCu濃度依存性を決定し、この物質の超伝導にはキャリア数の増加とは別に重要な発現機構がある可能性を見出した03次元スピン偏極度分析のために、2台の低速電子線回折装置を直行型の配置でアナライザーにドッキングし、装置全体をベーキングして磁性薄膜ターゲット周辺において1x10-10 Torr台の超高真空を達成した。新たに磁性薄膜作成装置を建設し、光電子分光装置へのターゲット搬入機構を通して低速電子線回折装置とドッキングした。光電子分光装置本体に関しては、高輝度キセノン光源とクレーティング、MgF2ミラーからなる光源系を新たに立ち上げ、試料測定槽に紫外光を導入した。更に光軸調整を行い、紫外光を電子分析器のフォーカス点に集光し、そのシグナルを金薄膜などの標準試料により確認した。紫外光源に関しては、測定時の試料表面の劣化を抑えるべく、放電管からの残留ガスを低減するためのヘリウム純化機構の製作調整を引き続き行っており、高温超伝導体試料などでその性能を確認した。また、試料の低温測定のために新たに極低温クライオスタットを1台製作し、7 K以下まで温度が下がることを確認した。このクライオスタットのマニピュレーター機構を制御するプログラムを作成し、試料トランスファー機構との調整により大気中から超高真空槽への試料導入を可能にした。これらの装置建設と並行して、物性に関わる微細電子構造の解明を目的として、新規スピントロニクス物質について高分解能ARPES実験を行った。トポロジカル超伝導体の候補物質として注目されているIn-SnTeについて、バンド反転を示唆する表面二重ディラックバンドの観測に成功した。トポロジカル結晶絶縁体SnTeにおいて、同一物質の異なる表面方位において表面ディラック電子状態を観測した。さらに、様々な3次元トポロジカル絶縁体についての系統的な実験により、表面ディラック六回対称なフェルミ面の歪みの強さが、スピンの面直成分の大きさと普遍的な相関関係にある事を見出した。電子エネルギー分析器においてスピン分解と非分解の同時測定のために、MCPを中心から内球側にシフトした位置に配置し、スピン分析系へ電子を移送するためのスリットを取り付けた。

各電子レンズ電極の印加電圧、直流安定化電源、CCDカメラのキャリブレーションを行い、スピン非分解時のエネルギー分解能1meV以下、角度分解能0.2°を達成した。「低速電子回折スピン検出器」の設計と製作として、ミューメタルシールドを設置して地磁気を数nTまで低減し、ターゲット磁化のための2対のヘルムホルツコイルを磁場が直交する形でターゲット近傍に設置した。電子エネルギー分析器から2台のスピン検出器へ電子を移送する電子偏向器と電子ビームスプリッタの設計と製作として、シミュレーションに基づき、2つのスピン検出器へ等価な電子ビームが高スループットで導かれ、ターゲット上で10mmφ以下にビームが収束できるような最適な電極形状・配置・印加電圧を決定し、レンズ電極、ミューメタルシールド、電源制御システムを製作した。強磁性薄膜ターゲットの作成のために薄膜作成真空槽を立ち上げ、タングステン基板の清浄化を行った。その清浄度は、LEED、および角度分解光電子分光により確認した。さらにタングステン基板上で鉄薄膜のMBE成長が行えることも確認した。スピン分解光電子分光装置の開発と同時並行して、いくつかのトポロジカル物質のARPES測定を行い、フェルミ準位近傍の電子状態を決定する事に成功した。その結果、新物質「トポロジカルクリスタル絶縁体」であるSnTe、ヘテロ構造物質(PbSe)5(Bi2Se3)3m、ディラック錐の電子構造の制御が可能な高バルク絶縁物質Bi2-xSbxTe3-ySey、またBi表面と界面における特異なラシュバ効果や、新トポロジカル絶縁体Pb(Bi,Sb)2Te4などを見出した。最終年度である本年度は、新機能物質の基盤電子状態を決定するために、低速電子線回折スピン分解システム、アナライザー、分光系、測定試料系のマッチング調整を行い、Fe磁性薄膜から高い反射強度の実現と超高エネルギー分解能5 meVを達成する事に成功した。この装置や高輝度放射光施設を用いることで、新機能物質、とりわけ、鉄系超伝導体、ラシュバ金属、トポロジカル絶縁体において、フェルミ準位近傍の電子状態を高精度で決定した。FeSe超伝導体では、低温秩序相において明確なバンド分裂を観測し、電子ネマティック転移が起こっていると結論した。また、ラシュバ金属であるビスマスにおいて、世界に先駆けて1次元エッジ状態に起因したエネルギーバンドを観測することに成功した。さらに、このバンドは巨大なラシュバ分裂とスピンの面直成分を示すことから、エッジにおける強い空間反対称性の破れが電子状態に支配的に影響していると結論した。また、シリセンの層間にCaを挿入したシリセン層間化合物CaSi2の電子状態をARPESによって決定し、ブリルアンゾーンのK点近傍においてパイ電子がディラックコーンを形成することを明らかにした。この事から、グラフェンとは異なりバックリング構造をもつシリセンでも、ほぼ質量ゼロのディラック電子が安定して存在できると結論した。また、タリウム系トポロジカル絶縁体の上に2原子層ビスマスを成長し、その電子状態を調べた結果、トポロジカル表面状態が接合によって大きな変調を受け、本来トポロジカルな性質を持たないビスマスの電子状態にトポロジカルな性質を移動させる事に成功した。「トポロジカル近接効果」とも呼べるこの特殊な物理現象は、ありふれた金属にトポロジカルな性質を付与するなど、スピントロニクス分野への応用の可能性を拓くものである。
歯科矯正学症例のマルチメディアデ-タベ-スシステム実用化のための移植

DEC社のVAX Minicomputer上で開発された(OS:UMS、言語:Fortran77)マルチメディアデ-タベ-スシステム(SORID:System for Orthodontic Image Database)をワ-クステ-ション上に移植した(OS:UNIX 4.3BSD、言語:C、ソニ-社製のNewsシステムを使用)、移植の作業は、次のようである。1.プロトタイプのSORIDでは、数値、記号デ-タの管理のために手作りの関係デ-タベ-スシステムが用いられていた。しかし、今後のシステム保守、維持の観点から、この部分を市販の関係デ-タベ-スシステムUnifyに置き換えた。移植では、Unifyが持っているファイルへのアクセス方法をそのまま利用した。図形、画像のデ-タベ-ス管理は、プロトタイプのシステムをC言語に書き換えた。2.マルチメディアデ-タベ-スを検索するためのグラフィクスを利用したヒュ-マンインタフェ-スの部分は、プロトタイプではCOREシステムと汎用のグラフィックディスプレイを用いていた。移植では、X Windowシステムとビットマップディスプレイを用いてインプリメントした。このインタフェ-ス部分は、全部新たに作り直した。デ-タの可視化、可視化された履歴検索空間への条件入力と検索、デ-タ空間のBrowsing、検索された図形に対する処理結果の表示などがX WindowのX Libと"C"を使ってインプリメントされた。すべてX Windowの下に統合されたので、プロトタイプのシステムに比べて格段に使い易く、見易くなった。3.図形デ-タをデ-タベ-ス化するための図形処理システム(CRIPS:Craniofacial Image Proceessing System)をNews上に移植した。図形入力から特徴抽出までの処理過程をX Windowシステムの下で表示できるようにしたので、使い易く改良することができた。プロトタイプのマルチメディアデータベースシステムをワークステーション(OSはUnix4.2BSD,Sony社製News)上に移植するために、本年度は以下の研究を実行した。1.プロトタイプのシステムの中で用いられている関係データベースシステムを市販の関係データベースシステムUnifyに置き換えた。将来におけるシステムの保守、日本語処理の問題から商用システムUnifyを利用することにした。試作データベースをDEC社Micro VAXシステムからNewsシステムに移し、Unifyの下で管理できるようにした。2.基本方針として、Unifyの機能を拡張してマルチメディアデータを管理できるようにすること。およびグラフィックスを使用したマルチメディアデータベース向きのヒューマンインタフェースをUnifyと結合することとから移植作業が成る。3.ヒューマンインタフェースの部分は、XwindowとグラフィックルーチンCGIを利用してインプリメントすることにした。プロトタイプシステムでは、汎用グラフィックディスプレイとグラフィックシステムCOREを使用していたので、全体的にプログラムを書き換えることになった。本年度は、可視化された覆歴検索の部分を作成した。4.マルチメディアデータベースの1つである頭蓋骨図形データをデータベース化するための図形処理システム(CRIPS)をNews上に移植し、完成させた。一部分、XwindowとCGIを利用して、マルチウインドウで処理過程を表示できるようにしたので、使い易く改良することができた。5.新たに音声データを追加することになったので、Unifyに音声データを管理させる機能を拡張した。DEC社のVAX Minicomputer上で開発された(OS:VMS,言語:Fortran77)マルチメディアデ-タベ-スシステム(SORID:System for Orthodontic Image Database)をワ-クステ-ション上に移植した(OS:UNIX 4.3BSD,言語:C,ソニ-社製のNewsシステムを使用)、移植の作業は、次のようである。

しかし、今後のシステム保守、維持の観点から、この部分を市販の関係デ-タベ-スシステムUnifyに置き換えた。移植では、Unifyがもっているファイルへのアクセス方法をそのまま利用した。図形、画像のデ-タベ-ス管理は、プロトタイプのシステムをC言語に書き換えた。2.マルチメディアデ-タベ-スを検索するためのグラフィクスを利用したヒュ-マンインタ-フェ-スの部分は、プロトタイプではCOREシステムと汎用のグラフィックスディスプレイを用いていた。移植では、X Windowシステムとビットマップディスプレイを用いてインプリメントした。このインタフェ-ス部分は、全部新たに作り直した。デ-タの可視化、可視化された履歴検索空間への条件入力と検索、デ-タ空間のBrowsing、検索された図形に対する処理結果の表示などがX WindowのX Lib"C"を使ってインプリメントされた。すべてX Windowの下に統合されたので、プロトタイプのシステムに比べて格段に使い易く、見易くなった。3.図形デ-タをデ-タベ-ス化するための図形処理システム(CRIPS:Cranifacial Image Processing System)をNews上に移植した。図形入力から特徴抽出までの処理過去をX Windowシステムの下で表示できるようにしたので、使いやすく改良することができた。
コンピュータ支援による英語教育:記述式解答方式の可能性に関する実践的研究

本研究では、コンピュータ支援による英語教育への試みとして、解答を直接英文で入力し、それをコンピュータによって評価させるシステムに重点を置いて開発した。現在のシステムの学習者の反応を調査した結果は次に示す。第1に、現在のシステムでも学習者の正当の幅は限定されているため、その評価は妥当である。これは一般にこの部分のドリルは教材を何度か見てから解答するためにその中で使われていた語彙などを使うことが多く、学習者が示す解答の幅をそれほど広くないからであると考えられる。第2に、但し、学習者のアンケートから、学習者は自分の解答に対する評価に敏感であり、正答であるのにコンピュータがそのように反応しないと不満をもらす。これは授業で別解などを説明している場合でもあてはまる。このような結果をもとにして次のような点を改良したシステムを企画し、プロブラミングを依頼した。(1)複数のキーワードにたいして重みづけができるようにして、学習者の解答がより正確に評価できるようにする。(2)キーワードに対して辞書機能を付加して、学習者がキーワードに関する語彙の情報を簡単な操作(クリックなど)で得られるようにする。今後の課題として、第1に、今回完成したプログラムを利用して実際の学習者に適用し、どの程度の効果があるかを検討することがある。これは、来年度実際に授業で使用することでデータをえる予定である。第2に、辞書機能に関して、今後の学習者の反応を新しいデータとして順次整備することである。
大脳磁気刺激法の脊髄機能診断への多面的応用に関する研究

本年度は中枢変動磁気刺激あるいは経頭蓋電気刺激により惹起され、脊髄高位から記録される電位(motor evoked potential MEP)について以下の3つの実験的・臨床的研究を行った。1.吸入麻酔薬の影響:日本サル3頭を用いた実験では刺激が充分な強さであればIsoflurane,Ethraneの影響は小さかった。しかし、刺激の強さが充分で無い場合にはD-waveの振幅は著しく低下した。臨床例でも麻酔導入後の磁気刺激の振幅は、導入前のそれに比較して約37%に低下した。したがって現在最も頻繁に用いられている吸入麻酔薬下では磁気刺激によるMEPを脊髄機能モニタリングに利用するのは適切でないと判断した。2.術後に発生し得る脊髄損傷を予防する目的で麻酔半覚醒の状態から術後にかけて磁気刺激によるMEPを約40例の臨床例で観察した。約80%の症例では判読可能な波形を観察することが出来たが、術中電気刺激によっても低い電位のMEPしか記録し得なかった症例などでは覚醒時にも明確なMEPを記録できなかった。術後脊髄麻痺を呈した症例には遭遇しなかったが、ある程度の制限はあるものの充分に臨床応用が可能であると判断した。3.多髄筋に脊髄圧迫所見を観察し得た12例に対してチユ-ブ型電極をクモ膜下腔に挿入し圧迫部位を越えて中枢部にまで進め磁気刺激によるMEPを記録し、1髄筋ずつ電極を引き出し電位変化と伝導時間の変化を観察した。他の2例においては狭窄部を越えて中枢側に電極を進めることが出来なかったがこの検査は覚醒時に行うので電極挿入に起因する合併症は全く経験しなかった。全例において障害部位を明確にすることが可能であり本法の有用性を確認することが出来た。
水泳中の水分摂取が体液,浸透圧および血中ホルモン応答に及ぼす影響

本研究では水泳中の発汗量(体重減少量),水分摂取量についての研究成果及び「水泳中の水温,運動強度が発汗量,体温調節反応に及ぼす影響」(平成7年度科学研究費補助金一般研究(C)課題番号:07680125)に引き続き,「水泳中の水分摂取が体液,浸透圧および血中ホルモン応答に及ぼす影響」の研究課題で水泳中の水分摂取による「高いパフォーマンスの維持」について体温,体液,浸透圧,血中ホルモン応答の観点と水泳鍛錬者の体温調節機能の特徴からそのメカニズムを明らかにすることを研究目的とした.平成9年度は泳前後の体液,浸透圧および血中ホルモン応答の検討を行った.その結果,水泳中の自由飲水が過度の体温上昇を抑え,インターバル泳で高いパフォーマンスを維持できたものと推察され,水泳中の脱水予防と過度の体温上昇を押さえるためにも水分摂取が必要であることが示唆された.平成10年度には温熱・運動負荷時の体温調節反応(体温,発汗反応)について陸上運動鍛錬者との比較から水泳鍛錬者の特徴を検討した.その結果,胸部の発汗潜時は両群とも被験者間にかなり大きい個人差があった.部位別では,両群とも胸部,腹部,大腿部,前腕部の順で長くなり,体幹部に比べて四肢,特に前腕の発汗開始が遅れる傾向を示した.部位別では(胸部=腹部)>(前腕=大腿部)で躯幹部の発汗量が有意に多かった.また,胸部以外の部位において陸上運動鍛錬者群が有意に多く,トレーニング環境によって体温調節機能が異なることが示唆された.今後は,運動時,温熱負荷時において皮膚血流量,血圧,あるいは寒冷血管拡張反応(CIVD)や温熱血管収縮反応(HIVC)などのパラメータを追加し,水泳鍛錬者と陸上運動鍛錬者の体温調節機能についてより詳細な検討を行う予定である.本研究では水泳中の発汗量(体重減少量),水分摂取量についての研究成果及び「水泳中の水温,運動強度が発汗量,体温調節反応に及ぼす影響」(平成7年度科学研究費補助金一般研究(C)課題番号:07680125)に引き続き,「水泳中の水分摂取が体液,浸透圧および血中ホルモン応答に及ぼす影響」の研究課題で水泳中の水分摂取による「高いパフォーマンスの維持」について体温,体液,浸透圧,血中ホルモン応答の観点と水泳鍛錬者の体温調節機能の特徴からそのメカニズムを明らかにすることを研究目的とした.平成9年度は泳前後の体液,浸透圧および血中ホルモン応答の検討を行った.その結果,水泳中の自由飲水が過度の体温上昇を抑え,インターバル泳で高いパフォーマンスを維持できたものと推察され,水泳中の脱水予防と過度の体温上昇を押さえるためにも水分摂取が必要であることが示唆された.平成10年度には温熱・運動負荷時の体温調節反応(体温,発汗反応)について陸上運動鍛錬者との比較から水泳鍛錬者の特徴を検討した.その結果,胸部の発汗潜時は両群とも被験者間にかなり大きい個人差があった.部位別では,両群とも胸部,腹部,大腿部,前腕部の順で長くなり,体幹部に比べて四肢,特に前腕の発汗開始が遅れる傾向を示した.部位別では(胸部=腹部)>(前腕=大腿部)で躯幹部の発汗量が有意に多かった.また,胸部以外の部位において陸上運動鍛錬者群が有意に多く,トレーニング環境によって体温調節機能が異なることが示唆された.今後は,運動時,温熱負荷時において皮膚血流量,血圧,あるいは寒冷血管拡張反応(CIVD)や温熱血管収縮反応(HIVC)などのパラメータを追加し,水泳鍛錬者と陸上運動鍛錬者の体温調節機能についてより詳細な検討を行う予定である.本研究はこれまでの水泳中の発汗量(体重減少量),水分摂取量および水温,運動強度(泳速度)が発汗量および体温におよぼす影響についての結果を踏まえたうえで,水泳中の水分摂取が体液,浸透圧および血中ホルモン応答に及ぼす影響を検討することを目的とした.対象は実験の目的,方法についての説明を行い,被験者として協力の承諾が得られた大学男子水泳選手8名であった.水温30.0°Cの条件で50mインターバル泳20本を行わせた.測定は50mインターバル泳の記録,体温(口腔温度),心拍数,RPE(主観的運動強度),体重および血液分析であった.30分の安静後,採血,体温,心拍数,RPE,体重を測定した.その後,10分間(約400m)のウォームアップ後,およびインターバル泳直後に体温,心拍数,R.P.E.を水中にて測定し,この2回の口腔温度の差を体温変化量とした.さらに退水直後に採血と体重測定を行い,泳前後の体重差を計算し体重減少量とした.各被験者には自由飲水(約15°Cの水)と飲水なしの二通りの飲水方法の条件で,同時刻の2日間にわたり,合計2回のインターバル泳を行わせた.インターバル泳後の心拍数,R.P.E.,血中乳酸濃度,発汗量(体重減少量),インターバル泳前後の血漿量,血漿浸透圧には飲水方法の違いによる有意な差は認められなかった.

インターバル泳のタイムは,飲粋なしの条件と比較して自由飲水時の方が有意に速かった.また,インターバル泳前後の体温変化は自由飲水時の方が小さかった.以上の結果より,本研究で設定した水温の範囲では水泳中の自由飲水が過度の体温上昇を迎え,インターバル泳で高いパフォーマンスを維持できたものと推察され,水泳中の脱水予防と過度の体温上昇を押さえるためにも水分摂取が必要であることが示唆された.【目的】これまでに種々の水温,運動強度での水泳中の体温上昇,発汗量等について検討した結果,特に運動強度と体温上昇,体液浸透圧調節の点から無視できない程度の発汗量の増大が認められた.さらに,昨年度は水泳中の自由飲水が過度の体温上昇を抑え,インターバル泳で高いパフォーマンスを維持できることを報告した.本年度は,水泳鍛練者を対象に人工気候室内にて両下肢を循環温水に浸水負荷し,発汗誘発刺激とし,下肢温浴時の体温と換気カプセル法による局所発汗量を測定した.温熱負荷時後の発汗潜時および温熱負荷による局所発汗量を陸上種目選手のデータと比較検討し,水泳選手の体温調節反応の特性を検討した.【方法】対象は大学男子水泳選手13名(S群)および水泳以外の大学男子競技者14名(O群)であった.実験は,室温26.0°C,相対湿度33.0%の人工気象室内にて,30分から1時間の安静後に発汗誘発刺激として両下肢を43.0°Cの循環温水に30分間浸水させた.前胸部・腹部・大腿部・前腕部の局所発汗量を容量式湿度計(H211,Technol Seven)-換気カプセル法にて,また,鼓膜温,口腔温および皮膚温(胸部・腹部・大腿部・前腕部・背部)をサーミスタセンサにて測定し,30秒ごとにデータをパーソナルコンピュータに取り込んだ.【結果】胸部の発汗潜時は両群とも被験者間にかなりの個人差があり,水泳選手で12.35±4.30min,その他の選手で10.93±4.08minであった.部位別では,両群とも胸部,腹部,大腿部,前腕部の順で長くなり,体幹部に比べて四肢,特に前腕の発汗開始が遅れる傾向を示した.局所発汗量はS群,O群でそれぞれ,胸部で7.68±2.57mg/cm^2,9.26±3.96mg/cm^2,腹部で5.53±3.02mg/cm^2,8.90±3.44mg/cm^2,大腿部で3.13±0.71mg/cm^2,4.41±1.20mg/cm^2,前腕部で3.62±1.78mg/cm^2,4.83±2.75mg/cm^2であり,胸部以外の部位においてO群が有意に多かった.また,部位別では(胸部=腹部)>(前腕=大腿部)で躯幹部の発汗量が有意に多かった.浸水前後の鼓膜温上昇は水泳選手0.26±0.19°C,その他の選手0.15±0.26°Cで両群間には有意な差を認めなかった.また,発汗開始時および浸水前後の平均皮膚温,平均体温においても両群間に有意な差異は認められなかった.