hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
有機-無機ナノハイブリッドの生体活性制御

骨と直接結合する性質(生体活性)と、骨に近い力学的性質を併せ示す新素材が求められている。本研究課題では,セラミックスの生体活性発現機構に基づいて,有機-無機ハイブリツドを合成し,その微構造,生体活性ならびに力学的性質に影響を及ぼす因子を基礎的に追究した。まず親水性高分子を与える2-ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)に,シラノール基を供給する3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MPS)とカルシウムイオンを供給する塩化カルシウムをハイブリッド化したHEMA-MPS-CaCl_2系ハイブリッドについて研究を行った。塩化カルシウムの添加量,合成過程における触媒の添加によりハイブリッドの生体活性が制御できることが明らかになった。さらに,この系において生体活性とヒトの関節軟骨と同等な弾性率および破断ひずみを併せ示す材料が得られる可能性が明らかとなった。次に,これら結果に基づいて,種々の有機高分子にシラノール基およびカルシウムイオンの導入を行い,得られたハイブリッドの生体活性を評価した。メチルメタクリレート(MMA),MPSおよび水溶性カルシウム塩をハイブリッド化すれば臨床で利用されているポリメチルメタクリレート(PMMA)系骨セメントへの生体活性の付与が可能であることが分かった。さらに多糖からなる生体吸収性高分子であるアルギン酸にも,シラノール基とカルシウムイオンを導入すれば,得られた材料は生体活性を示し得ることが明らかとなった。これらの結果より,シラノール基とカルシウムイオンを導入すれば,様々な有機高分子に生体活性を付与できることが明らかになり,その生体活性および力学的性質は,高分子の種類,カルシウムイオンの導入法,合成条件などにより制御できることが明らかになった。生体活性セラミックスは,骨と異物反応なしに直接結合する特異な生理学的活性を示すため,骨修復材料として臨床使用されている。しかしこれらは脆性であるため,大腿骨など大きな荷重の加わる部位を置き換えることはできない。そこで生体活性と骨に近い力学的性質を併せ示す素材が求められている。セラミックスが生体活性を示すためには,体液との反応により材料表面に骨類似のアパタイト層が形成されることが必須条件になる。このアパタイト層の形成には,シラノール(Si-OH)基とカルシウムイオンが基礎成分として働く。これらの知見に基づけば,有機高分子をSi-OH基を与える3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MPS)と,水溶性カルシウム塩で化学修飾して得られる有機-無機ハイブリッドは,生体活性を示す新素材になる。しかし,ハイブリッドに導入される有機高分子や官能基の種類がその生体活性ならびに力学的性質にどの様な影響を与えるかについては未だ明らかでない。そこで本研究は,種々の有機成分や無機成分を導入した高次な有機-無機ハイブリッドを合成し,その微構造,生体活性ならびに力学的性質に影響を及ぼす因子を基礎的に追究することを目的とする。本年度は主として,ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)やメチルメタクリレート(MMA)にMPSのモノマーを導入して有機-無機ナノハイブリッドを合成した。HEMAとMPSからHEMA : MPS=0.99 : 0.010.90 : 0.10(mol比)の範囲において得た重合体に0.05(mol比)以上のCaCl_2を添加すれば,HEMA : MPS比に関わらず擬似体液中で1日以内に表面にアパタイトを形成した。有機-無機ハイブリッドに可塑剤としてグリセロールを添加することにより,アパタイト形成能を低下させることなくハイブリッドの柔軟性を向上できることが明らかになった。これらの結果からアクリル系の有機高分子を基材に用いて,骨結合性と柔軟性を併せ示す新規な有機-無機ハイブリッドの合成が可能となった。生体活性セラミックスは、骨と直接結合する生理学的活性を示すため、骨修復材料として臨床使用されている。しかし、これらは脆性であるため、大腿骨など大きな荷重の加わる部位を置き換えることはできない。

セラミックスが生体活性を示すためには、体液との反応により材料表面に骨類似のアパタイト層が形成されることが必須条件になる。このアパタイト層の形成には、シラノール(Si-OH)基とカルシウムイオンが基礎成分として働く。これらの知見に基づけば、有機高分子をSi-OH基を与えるアルコキシシラン化合物と、水溶性カルシウム塩で化学修飾して得られる有機-無機ハイブリッドは、生体活性を示す新材料となる、しかし、ハイブリッドに導入される有機高分子や官能基の種類がその生体活性ならびに力学的性質にどの様な影響を与えるかについえは未だ明らかでない。そこで本研究では、種々の有機成分や無機成分を導入した有機-無機ハイブリッドを合成し、その微構造、生体活性ならびに力学的性質に影響を及ぼす因子を基礎的に追究する。本年度は、芳香族ポリアミドにアミノプロピルトリメトキシシラン(APS)でSi-OH基を導入した新規な有機-無機ハイブリッドの合成に取り組んだ。カルボキシル基を有する芳香族ポリアミドにAPSを脱水縮合反応により導入し、さらに塩化カルシウムを添加したフィルム材を得た。カルボキシル基の50%に相当する官能基にSi-OH基を導入したフィルムも、体液類似環境(1.5SBF, pH7.25)中で7日後にアパタイト層を形成した。Si-OH基を導入したポリアミドフィルムも塩化カルシウムを添加すれば、1.5SBFへの浸漬で水酸アパタイトと複合化できることが明らかとなった。この結果は、新規なポリアミド水酸アパタイト系ハイブリッドの合成法を与えると考えられる。骨結合性、すなわち生体活性と、骨に近い力学的性質を併せ示す素材が求められている。材料が生体活性を示すためには、体液との反応により材料表面に骨類似アパタイト層が形成されることが必須である。このアパタイト層の形成には、シラノール(Si-OH)基とカルシウムイオン(Ca^<2+>)が基礎成分として働く。これらの知見に基づけば、有機高分子を、Si-OH基とCa^<2+>で化学修飾して得られる有機-無機ハイブリッドは、生体活性と柔軟性を併せ示すと期待される。しかし、ハイブリッドの組成や合成手法が、その物性にどのような影響を与えるかについては未だ明らかでない。そこで本研究では、種々の有機成分や無機成分を導入した有機-無機ハイブリッドを合成し、その微構造、生体活性ならびに力学的性質に影響を及ぼす因子を基礎的に追求する。本年度は、親水性高分子であるポリヒドロキシエチルメタクリレートに、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(MPS)によりSi-OH基を、塩化カルシウムによりCa^<2+>を導入した有機-無機ハイブリッドを合成する過程における触媒の効果を検討し、シロキサンのネットワーク構築と機械的特性の関係を考察した。
フルフラール類を経由しない新しいバイオマス化学品合成ルートの開拓

パラジウム修飾ー酸化セリウム担持酸化レニウム触媒(ReOx-Pd/CeO2 (Re = 2 wt %, Pd/Re = 0.25))が水素を還元剤とする1,4-アンヒドロエリスリトールからのテトラヒドロフラン合成に高い触媒性能を示すことを見出した。また、この触媒は、偶数個の水酸基を持つ糖アルコールからジオールを、奇数個の水酸基を持つ糖アルコールからモノアルコールを高い収率で与えることも示した。高い触媒性能が、酸化セリウム上に高分散した孤立レニウム種の+6、+4のレドックスサイクルで進行し、パラジウムはレニウムの還元を促進する役割を持つことによることを明らかにした。現在石油資源から得られている化学品をバイオマスから資源から誘導する技術は、石油代替や持続可能社会の構築、グリーンイノベーションなど様々な観点から重要な技術である。本研究では、グルコースやキシロースの2級の水酸基のみを水素化分解することで高選択的にテトラヒドロピランー2ーメタノールやテトラヒドロフルフリルアルコールを選択的に与える触媒反応プロセスの構築を目指している。1,4-アンヒドロエリスリトールをモデル反応として用い、2級の水酸基の選択的水素化分解反応に向けた触媒探索を行った。触媒活性主成分として、Re, Mo, W, etcを検討し、結果として、Reが最も有効であることが分かった。さらに、助触媒として、様々な成分を検討した結果、パラジウムが有効であることも見出した。さらに、担体についても検討を行った結果、酸化セリウムが有効であり、結果として、ReOx-Pd/CeO2触媒が1,4-アンヒドロエリスリトールから高収率でテトラヒドロフランを与えることを明らかにした。この触媒の特徴は、隣接する水酸基を同時に除去するするものであり、グリセリン、エリスリトール、キシリトール、ソルビトールなどの糖アルコールから、モノオールやジオールを高収率で与えることも明らかにした。主たる反応活性点は酸化レニウム種であり、担体の酸化セリウム上に固定化されることにより、低原子価レニウムまで還元されることを抑制し、高原子価レニウム種のレドックスを助けている可能性が高いことも示された。本研究により見出されたパラジウム修飾酸化セリウム担持酸化レニウム(ReOx-Pd/CeO2)触媒が糖のモデル構造の一つと考えられる隣接水酸基を持った環状エーテルとして1,4ーアンヒドロエリスリトールを反応基質とし、水素を還元剤とする反応に対して、高い収率(99%程度)でテトラヒドロフランを与えることを示した。さらに、この触媒は、反応基質として偶数個の炭素原子を含む糖アルコール(エリスリトール、ソルビトール)を用いた場合には、ジオールを、また、奇数個の炭素原子を含む糖アルコール(グリセリン、キシリトール)を用いた場合にはモノオールを高収率で与えることも示した。これらを踏まえると、ReOx-Pd/CeO2触媒は隣接水酸基を同時に除去して、水素に置き換える反応に極めて高活性・高選択性であるこということが分かる。触媒の構造解析の結果、CeO2表面上で安定化されて存在するRe種が+4価と+6価の酸化ー還元サイクルで進行する脱酸素脱水反応と、CeO2表面上に高分散したPd金属微粒子表面による炭素ー炭素二重結合の水素化反応が、逐次的に進行することで、全体の触媒反応が進行していることを明らかにした。特に、他の酸化物表面ではこのような機能がないことから、CeO2表面上で安定化されて存在するRe種の構造も極めて重要であり、触媒反応活性や触媒構造のRe量依存性の相関から、孤立して存在するRe種が主たる活性点となっていることも提案することができた。目標としていたモデル基質としての1,4-アンヒドロエリスリトールの水素化分解によるテトラヒドロフランの生成に有効な触媒を見出しており、触媒の機能解析も行っていることを踏まえると、おおむね順調に進展していると考えられる。触媒化学開発触媒を用いて、糖類の変換を行う。触媒反応条件、溶媒などを検討し、環構造を維持しながらフルフラールやヒドロキシメチルフルフラールおよびその水素化化合物を得ることができるかについて検討する。触媒構造の解析を目的とするX線吸収端微細構造解析に伴う費用について効率化が図れたため。上記の効率化で浮いた分については、次年度触媒反応結果の分析の費用に回す。
無人航空機で拓く新しい火山観測：噴煙の水素同位体比を利用した遠隔噴気温度測定

活火山である桜島において、航空機を用いて噴煙を採取し、そこに含まれる噴気孔由来の水素分子の安定同位体組成を分析することで、同火山の最高噴気温度を推定することに成功した。2014年9月および12月における水素分子の安定同位体組成は、それぞれ-135±13‰および-113±11‰となり、ここから求めた最高噴気温度は、それぞれ1,050±120°Cおよび1,199±139°Cとなった。これは同火山の最高噴気温度として、リーズナブルである。本研究で開発した最高噴気温度を求める新手法は、航空機を用いた試料採取と組み合わせることで、幅広い火山に対して応用出来る。活動的な火山から放出された噴煙(プルーム)の一部を、小型無人航空機を用いてサンプリングする技術を開発し、噴煙中の水素分子の水素安定同位体比を指標に用いた火山噴気の遠隔温度測定法(HIReTS法)を、一般の火山に広く適応可能なものにする。また本手法を桜島(鹿児島県)の昭和火口に応用し、同火口における世界初の噴気温度測定を実現する。初年度にあたる本年度は、カイトプレーンにペイロードとして搭載する試料採取装置の初号機を作成した。これを有人のセスナ機に搭載し、桜島で噴煙試料採取フライトを2回実施した。フライトで得られた反省点を元に試料採取装置を改良し、高濃度噴煙試料が採取出来る装置の開発を進めた。また本フライトで高濃度噴煙試料の採取に成功し、桜島昭和火口の噴気温度を1000度前後と見積もった。カイトプレーンなどに搭載可能な、小型・軽量の自動試料採取装置を作成した。また、2015年6月と9月の二回に渡って、桜島で有人セスナ機を用いた試験フライトを実施して、自動採取装置と手動を併用する形で噴煙試料を採取し、水素濃度が1 ppmを越える高濃度噴煙試料の採取に成功した。採取した噴煙試料は、本申請研究で雇用する研究補助者の協力を仰ぎながら分析を進めた。また平成26年度中に得られた試料を含めた、全試料の分析結果から、桜島昭和火口の最高噴気温度をHIReTS法を用いて求めたところ1000度を超える高温であることが明らかになった。ただし、観測期間中に有意な時間変化は観測出来なかった。結果を元に、噴気における水蒸気の水素安定同位体比や各成分の組成比なども見積もり、桜島の脱ガス過程などに関して考察を行った。成果を国内の学会で報告した他、欧文誌に投稿した。当初予定では本年度は開発と試験のみで、温度の実測までは想定していなかった。しかし御嶽山の噴火で生じた噴煙採取需要に対応するため開発を急いだ結果、ほぼ開発が完了し、桜島における高濃度試料の採取と遠隔温度測定の実現に成功してしまった。地球化学当初予定を変更して、桜島で温度変化の観測を実施する。
大理石骨病の病態モデルにおける破骨細胞の骨吸収機能と分化に関する研究

大理石骨病は破骨細胞の増殖・分化、あるいは機能の異常により骨の改造現象が阻止され、骨変形や骨髄腔の狭小化などを伴う遺伝疾患である。本病態モデル中のoc/ocマウスは破骨細胞形成は行われるが、波状縁がなく骨吸収能を欠いており、破骨細胞の機能に欠陥があるとされている。我々はこのoc/ocマウスの破骨細胞の骨吸収能について、電顕形態学的に、または免疫組織学的に、様々な点から異常を検索してきた。最近、遺伝子遺伝子ターゲッティングにより細胞内情報伝達チロシンキナーゼをコードするc-src遺伝子を完全に欠失させると破骨細胞の波上縁がなく骨吸収能を欠くという報告があり、oc/ocマウスで同様の異常が起こっている可能性が考えられ、c-src遺伝子関連蛋白質であるpp60c-srcの発現の有無を免疫染色にて検討したが、異常は見られなかった。また、正常骨組織では、破骨細胞は炭酸脱水酵素アイソザイムII(CAII)の触媒作用により、H_2OとCO_2から、H^+とHCO_3が産生される。HCO_3は破骨細胞のbasolateral membraneからANION EXCHANGERによって放出され、Hは波状縁上のH^+-ATPaseによってハウシップ吸収窩に分泌され、脱灰が行われるが、これら因子のどれが欠けても上記化学平衡が乱れ、ハウシップ吸収窩へのH供給が停止する。そこで、まずマウスCAIIに対する抗体を作り免疫染色により破骨細胞を同定してみた。その結果、oc/ocマウスの破骨細胞にもCAII陽性反応が見られた。また、CAIIのmRNAに対するin situ hybridizationでも破骨細胞にシグナルの発現を認めた。さらに平成7年度科学研究費補助金にてANION EXCHANGER、およびH-ATPaseに対する抗体を作成し、免疫染色を行ったところ、oc/ocマウスの破骨細胞の細胞膜にも陽性反応を認め(未発表)、現在、各抗体の細胞膜局在を電顕レベルで検討中である。以上の如く、oc/ocマウスの破骨細胞はハウシップ吸収窩へのH供給、すなわち骨脱灰能を有していると思われる。
魚関連バイオマーカーと虚血性心疾患の発症抑制・促進に関するコホート研究

本研究では一般集団を対象に血中の魚関連バイオマーカー(血漿n-3系多価不飽和脂肪酸、水銀、カドミウム)を測定し、その虚血性心疾患発症への関与をコホート内症例対照研究の手法により分析した。血漿エイコサペンタエン酸と虚血性心疾患発症との間には負の関連の傾向が認められ、さらに血漿水銀・カドミウム濃度の各中央値で層別したところ、いずれの層においても同様な関連が認められた。確定的な結論は得られないが、血漿中の水銀やカドミウム濃度が高い人では魚の虚血性心疾患予防効果が減弱するとする当初の研究仮説は支持されず、日本の一般人において重金属濃度にかかわらず魚の虚血性心疾患予防効果が認められる可能性が示された。1)虚血性心疾患の発症の把握:全虚血性心疾患の発症1390例でのうち、血漿が保存されている209例を同定し、対照を性、年齢、地域にマッチさせ、症例1に対し対照2の割合で無作偽に選定を行った。当該作業はさらに継続しており、最終的に500:1000程度の症例対照数となることを見込んでいる。2)魚関連バイオマーカーの測定:上記の症例・対照の大多数については、血漿n-3系不飽和脂肪酸の測定が完了している。本研究の初年度においては、上記約600例の血漿において水銀とカドミウムの測定を行う上で、測定条件等の検討を行うため、約10例のサンプルについて、血漿水銀値とカドミウム値、及び尿中水銀値とカドミウム値の測定を行った。その結果、従来の方法では測定感度が低く、通常の日本人の血中、尿中濃度では測定閾値に達しないことが判明した。このため、さらに高感度に測定が可能となる測定系を確立し、次年度以降再度試行する予定である。測定系が確立次第、上記600例の血漿測定を開始する予定である。3)魚関連因子として食事中の水銀、カドミウム摂取量と虚血性心疾患リスクとの関連を行うため、栄養調査データの整理を開始した。また、上記の血漿n-3系不飽和脂肪酸と虚血性心疾患については、現在分析を進めている。虚血性心疾患の発症の把握:これまでの全虚血性心疾患発症例約1400例のうち、昨年度までに症例対照の選定を行った209症例と418対照に加えて、新たに虚血性心疾患106例を同定した。これらについては、次年度の症例の同定を待って、血漿が保存されている症例を選定し、昨年と同様に対照を性、年齢、地域にマッチさせ、症例1に対し対照2の割合で無作為に選定する。最終的に500:1000程度の症例対照数となることが見込まれる。2)魚関連バイオマーカーの測定:血漿n-3系不飽和脂肪酸、カルシウム、ビタミンDについては測定準備が完了している。水銀とカドミウムの測定については、昨年度検討していた測定方法では本研究対象に適さないことが判明し、別の方法により、パイロット的に約10例のサンプルについて血漿水銀値とカドミウム値、及び尿中水銀値とカドミウム値の測定を予定している。測定法が確立次第、上記症例対照の血漿測定を開始する。3)魚関連因子として食事中のn-3系不飽和脂肪酸、水銀、カドミウム摂取量と虚血性心疾患リスクとの関連を行うため、栄養調査データの整理と分析データベースの構築を行った。また、血漿n-3系不飽和脂肪酸と虚血性心疾患については、前年度までの症例対照について分析を行った。その結果、食事・血漿とも、n-3系不飽和脂肪酸との関連は非致死性虚血性心疾患よりも致死性虚血性心疾患において強い傾向が確認されたことから、致死性虚血性心疾患に絞った分析を行うことも検討している。1)症例対照の同定と魚関連バイオマーカーの測定:コホート内の全虚血性心疾患発症例約1400例のうち、209症例と性・年齢・地域を一致させた418対照について、血漿n-3系不飽和脂肪酸を測定した。血漿での水銀とカドミウム濃度については、パイロット的に108症例と216対照について測定を行った。2)魚関連バイオマーカーの中央値:対照集団における血漿エイコサペンタエン酸分画の組成割合の中央値は2.4%であり、過去のわが国の報告とおおむね同様であった。また、水銀、カドミウム濃度の中央値は、それぞれ2.6 ng/g、0.087 ng/gであった。3)魚関連バイオマーカーと虚血性心疾患発症との関連:本研究の仮説は、1血漿n-3系不飽和脂肪酸は動脈硬化性疾患のリスクと負の関連を示すが、2血漿中の重金属が多い場合は、この関連は弱まる、である。1の仮説について、性、年齢、喫煙、飲酒、body mass index、収縮期血圧値、血清総コレステロール値、糖尿病、および降圧治療、高脂血症治療の有無を調整した多重ロジスティックモデルでは、血漿エイコサペンタエン酸と虚血性心疾患発症との間には負の傾向が認められたが、統計学的に有意ではなかった。2の仮説については、1の分析を血漿水銀、カドミウム濃度のそれぞれの中央値により層別した分析を行った。その結果、いずれの層においても、それぞれ負の傾向が認められた。

統計学的有意差は検出されず、確定的な結論は得られないが、重金属の濃度が高い人では魚の循環器疾患予防効果が減弱するとする当初の仮説は支持されず、重金属濃度にかかわらず魚の循環器疾患予防効果が認められる可能性がある。本研究では一般集団を対象に血中の魚関連バイオマーカー(血漿n-3系多価不飽和脂肪酸、水銀、カドミウム)を測定し、その虚血性心疾患発症への関与をコホート内症例対照研究の手法により分析した。血漿エイコサペンタエン酸と虚血性心疾患発症との間には負の関連の傾向が認められ、さらに血漿水銀・カドミウム濃度の各中央値で層別したところ、いずれの層においても同様な関連が認められた。確定的な結論は得られないが、血漿中の水銀やカドミウム濃度が高い人では魚の虚血性心疾患予防効果が減弱するとする当初の研究仮説は支持されず、日本の一般人において重金属濃度にかかわらず魚の虚血性心疾患予防効果が認められる可能性が示された。今年度実施予定であった虚血性心疾患の把握を計画通りに遂行した。また、血漿n-3系不飽和脂肪酸と虚血性心疾患との関連の分析を行い、さらに例数を増やした分析を検討している。水銀とカドミウムについては、パイロット的測定を行った結果、従来の測定系では本研究に堪えられないことが明らかとなったため、現在新しい測定系においてパイロット的測定の準備を進めている。食事中のn-3系不飽和脂肪酸、水銀、カドミウム摂取量と虚血性心疾患リスクに関する栄養調査データの整理と分析データベースの構築を行い、一部分析を開始した。また、血漿n-3系不飽和脂肪酸と虚血性心疾患については、前年度までの症例について分析が完了した。測定系の確立が若干遅れているが、この問題は当初より想定されたものであり、パイロットサンプルを用いて慎重に実験を重ね未然に失敗を防ぎ、新しい系の確立につながっている。したがっていずれのプロセスも当初予定に添って順調に進んでいる。公衆衛生学虚血性心疾患の発症把握は順調に進んでおり、さらに血漿が保存されている症例・対照は増加する見込みである。最終的には500症例:1000対照を目標に同定を進めるが、状況によっては致死性虚血性心疾患に絞った分析を行うことも検討する。水銀とカドミウムの測定については、新しい方法でのパイロット測定をまもなく開始し、次年度中に新たな追加症例を含めた血漿測定を完了する。並行して、完成した食事中のn-3系不飽和脂肪酸、水銀・カドミウム摂取量のデータベースを基に分析を進めるとともに、血漿n-3系不飽和脂肪酸と虚血性心疾患の関連について論文化を進め、研究を総括する。また、すでに測定が終了している血漿n-3系不飽和脂肪酸については虚血性心疾患との関連の分析を順調に進めている。水銀とカドミウムについては、パイロット的測定を行った結果、従来の測定系では本研究に堪えられないことが明らかとなったため、現在新しい測定系を確立中である。食事中の水銀、カドミウム摂取量と虚血性心疾患リスクに関する栄養調査データの整理を開始し、分析データベースの構築に取りかかっている。また、上記の血漿n-3系不飽和脂肪酸と虚血性心疾患については、現在分析を進めている。最終年度の検査費として充当するため。虚血性心疾患の発症把握は順調に進んでおり、さらに血漿が保存されている症例・対照は増加する見込みである。次年度中には、さらに150症例、450対照を目標に同定を進める。水銀とカドミウムの測定については、8月までに確立させ、新しい系でのパイロット測定を行いたい。
火山・地熱活動評価のための放熱量測定手法に関する研究

本研究では、まず熱収支法の中で用いられる地熱流量係数の正確な決定のために、微気象データを連続的にかつ自動で測定する装置を製作した。この微気象連続観測装置を用いて、雲仙地熱地域内の旧八万地獄で観測を行い、熱収支法による放熱量の高精度評価を試みた。その結果、地熱流量係数を連続的に求めることに成功し、得られた地熱流量係数は、時間変化が非常に激しく、分単位もしくは秒単位で変化する値であるということが示された。ヘリコプターに搭載した装置で雲仙地熱地域上空から赤外熱映像を撮像し、得られた地熱流量係数を用いて放熱量を求めたところ、旧八万地獄5.82MW、清七地獄8.87MW、八万地獄9.96MW、お糸地獄9.72MW、大叫喚地獄2.18MW、小地獄1.84MW、雲仙地獄全体では38.39MWとなった。Yuhara et al.(1981)により評価された1978年の放熱量と比較すると、雲仙地獄全体では今回のほうが約5倍大きな値となった。本研究では、地熱流量係数の変動を考慮しているため、今回算出した放熱:量は現在の値を精度よく見積もっていると言える。また、地熱異常面積と放熱量の両者には一般的に良い正の相関が認められるが、今回の結果にも良い正の相関が見られた。さらに、微気象観測で測定される各項目や地熱流量係数の時間変化を把握するために、大分県小松地獄、熊本県阿蘇火山、福岡県九州大学箱崎キャンパスでも微気象観測を行った。その結果、地熱流量係数は短時間に変化しながら日変化が現れるが、地熱異常地域と通常地域とでは日変化のパターンが異なる傾向が見られた。地熱流量係数は時間と共に大きく変動することが判明したため、熱収支法による放熱量測定における過大評価、過小評価を避け、高精度に見積もるためには、現段階では本研究で製作したような微気象観測装置を用いる必要があると考える。本年度は、微気象観測システムの試作とテスト、及びフーリエ変換赤外分光計を用いたリモートセンシングによる大気中の水蒸気量の定量測定手法の改良、雲仙火山の赤外画像観測を行った。微気象観測を目的とした連続観測装置は、市販品を見いだすことができなかったため、本年度に自作した。微気象観測システムは、地上高10cmから150cmまでの4か所の観測点間における微少な温度差と湿度差、また地上高1mにおける風速を可能な限り微弱な風まで測定する必要があるため、正確に測定できるまで何度も個々の要素の試作とテストを繰り返すことになり、当初計画よりもかなりの時間を要した。しかし、試行錯誤を繰り返しながら一つずつ問題を解決し、連続観測が可能な微気象観測システムを完成させ、テストを兼ねた九州大学箱崎キャンパス内における1週間の連続観測で正常に計測していることを確認した。本観測システムは、市販の気象観測機器を組み合わせたものよりかなり安価にできるため、火山地域のような劣悪な環境においても次々に更新することが可能になり、また複数台を広範囲に設置し、地熱流量係数の分布を把握することも可能となる。フーリエ変換赤外分光計を用いたリモートセンシングによる火山噴気中の水蒸気と4種類の火山ガスの測定は、小野ほか(1999)により定量測定の基本部分が示されている。しかし、負のカラム濃度値が算出されることがあるなど、まだ改良すべき点があった。

これらの原因として、ハードウェア的な問題によるインターフェログラムの偶非関数化、ターゲット測定とバックグラウンド測定との光源温度の違いの補正方法、水蒸気と1種類のみの火山ガスの対による火山ガス毎の定量化が考えられ、これらを解決することにより、これまでより安定した、高精度な定量測定を行うコンピュータプログラムが完成した。雲仙火山の赤外画像観測は2003年8月に実施し、溶岩ドームの地熱異常面積及び溶岩ドームからの放熱量が共に減少していることを確認した。微気象観測で測定される各項目や地熱流量係数の時間変化を把握するために自動観測装置を試作し、雲仙地熱地域内の旧八万地獄で微気象の連続観測を行い、熱収支法による放熱量の推定を行った。2004年9月8日から13日まで10分間隔で実施され、機器への電力供給が正常に行われ有効と判断された8日17時20分から10日15時50分までの微気象観測の測定値から算出された地熱流量係数は、時間変化が激しく非常に幅広い範囲の値を示すが、観測期間が短いものの湿度とは逆相関が見られた。今回示唆された地熱流量係数と各要素との関係が明確になれば、微気象観測を実施しない熱収支法の適用においては、地表での噴気(蒸発)状態の注意深い判定や、場合によっては湿度測定が必要になると思われる。また、長崎県小浜町が長崎県に依頼した普賢岳・雲仙地域を対象とする防災観測の一環として、長崎県防災ヘリコプターから撮影した赤外熱映像を用いて算出した放熱量は、9日10時47分ごろに対象地域上空を飛行したため、10時40分と10時50分の地熱流量係数の値を用いて計算した結果、前者が後者より約27倍大きくなった。ほぼ同時刻に行われた従来の方法での微気象観測で決定した地熱流量係数の値は自動観測による2つの値の間にあり、撮影前後1時間ずつ、合計2時間の微気象各要素の平均値から算出された地熱流量係数に近いものとなった。これらのことから、熱収支法による放熱量推定の高精度化のためには、赤外熱映像の撮影と同時刻の微気象データが必要であると思われる。しかし、微気象条件により地熱異常分布が変化し、放熱量としては同程度となる可能性については新たな問題点であり、今後この点を明確にする必要がある。平成17年度は、大分県玖珠郡九重町九重火山の小松地獄、熊本県阿蘇市の阿蘇火山、福岡県福岡市の九州大学箱崎キャンパスにおいて、本研究で製作した微気象観測装置による連続観測と観測結果を用いた地熱流量係数の算出を実施した。今年度は微気象観測装置の電源系統等に改良を加えたため、これらの地点における観測期間中は安定したデータ取得が行われた。小松地獄における観測は平成17年8月8日から12日まで行われた。その結果、平成16年度の雲仙地熱地域における観測結果と同様に、地熱流量係数は短時間に大きく変化し、また昼間に大きく夜間に小さくなる日変化も見られた。阿蘇火山における観測は平成17年10月24日から28日まで行われた。阿蘇火山における地熱流量係数も短時間で変化し日変化も見られるものの、27日の昼間を除いて、同じ地熱異常地域である雲仙地熱地域や小松地獄の地熱流量係数の値に比較して全体的に小さい。九州大学箱崎キャンパスでの測定は、地熱異常の見られない通常の地域における地熱流量係数の変化を把握する目的で実施した。観測期間は平成17年6月2日から5日までで、その結果、上記の地熱異常地域とは異なり、地熱流量係数の日変化が不明瞭なだけでなく、変化の位相が地熱異常地域とは反対で、夜間の方が昼間よりも地熱流量係数の値が大きくなっている。
夜間の住宅照明環境実態と生活スタイル・省エネルギー意識から今後の住宅照明を考える

照明環境の急速な変化と日本人の夜間の生活スタイルの多様化に着目し、現状をとらえるとともに生活スタイルに合った照明計画について検討した。2011年度の実態調査から居間の形式や築年数に関わらずシーリングライトの設置率が高い。近年ダウンライトの設置割合が高くなってきているが、依然として1室1灯が多いことがわかった。また、使用しない照明器具が多数存在する。モニター調査から、LED照明に対する心理的評価は従来照明に比べて劣らないことが明らかとなった。2013年度に行った過去2年間の照明環境の変化に関する調査では、LED照明への変更が進んでいることがわかった。はじめに:LED照明技術を住宅照明に応用するために、自宅居間空間において様々な照明環境を体験した上での居住者評価を収集すると共に、技術適用のための可能性を探り居住者評価を得る上での今後の課題を抽出・蓄積することを目的とし、LED照明の使用実験を行った。実験方法:実験期間は2012年6月2013年1月の間で1戸当たり約3か月から5か月である。調査住宅は2011年度の住宅照明調査住戸の中から、居間照明に環型の器具を使用し、かつLED照明の設置経験がない住戸(11戸32名)を本実験の主な対象とした。初期環境(普段の照明環境)においてアンケートに回答したのち、居間空間の主要な照明器具を全てLEDに取り替え、初期条件の照明環境と同じ明るさ、色温度になるように設定した。調査内容は、行為時の明るさ満足度、室の雰囲気評価、照明器具の評価、総合評価等22項目である。また、実験期間中は定期的に唾液アミラーゼの測定を行う。唾液アミラーゼの測定には唾液アミラーゼモニター(ニプロ製)を使用した。結果: LED照明に対する評価については、1照明環境評価:「変化なし」が最も多いが、LED照明環境に対する評価は初期環境に劣らないという結果を得た。2直前の環境と比較した好き嫌い評価: LEDの方が好ましいと感じる人が多い。3「会話をする」際の明るさ感満足度:初期環境と同等に設定したLED照明環境の明るさ感満足度はほぼ変化しないといえる。唾液アミラーゼ測定値については、初期環境の唾液アミラーゼ値を0とした場合の唾液アミラーゼの値の変化率をみると、今回の実験では、測定値の変化は個人差が大きくLED照明を使用することによる唾液アミラーゼ値の顕著な変化は認められなかった。まとめ:LED照明に対する心理的評価は従来照明に比べて劣らないことが明らかとなった。唾液アミラーゼによる生理量の変化はほとんど認められなかった。2011年度にはSSLの普及に伴う照明環境の急速な変化と日本人の夜間の生活スタイルの多様化に着目し、照明計画に対する啓蒙活動とあわせて住宅照明の実態調査を行った。その結果、居間の形式や築年数に関わらずシーリングライトの設置率が高いが,近年ダウンライトの設置割合が高く、光源は環形蛍光ランプの使用率が高い.普及が注目されているLEDランプの居間での設置状況は,まだ少ない.築年数の浅い住宅ほど設置照明器具数,点灯パターン数が多くなっているが,依然として点灯パターン数1または2の住宅が大半である.また、設置していても使用しない照明器具が多数存在することがわかった。2012年度は、2011年度の住宅照明調査住戸の中から、居間照明に環型の器具を使用し、かつLED照明の設置経験がない住戸(11戸32名)を本実験の主な対象とし、LED照明の設置、評価を行った。その結果、LED照明に対する心理的評価は従来照明に比べて劣らないことが明らかとなった。2013年度は過去2年間で住宅照明環境及び照明に関する意識、知識がどのように変化したのかに注目した調査を行った。過去2年以内の照明の変更は約25%あり、そのうちランプの種類の変更は約90%であるが、LEDへの変更が大半である。調光機能の有無が照明環境の満足度と関係しているが、日常的な調光機能の利用は多くはない。2011年度の調査より明るさ、光の広がり、寿命に対する不満は大幅に改善されている。調光調色機能への関心が増えているが、率としてはかなり少ない。以上から、今後さらにLEDの普及が見込まれるが、LEDの機能を活かした効果的な照明計画についてさらに検討していく必要がある。SSLの普及に伴う照明環境の急速な変化と日本人の夜間の生活スタイルの多様化に着目し、照明計画に対する啓蒙活動とあわせて住宅照明の実態調査を行った。調査票は住戸票と個人票からなっており、手渡しでの配布回収を基本とし、調査は2011年12月から2012年1月に行った。照度測定には簡易デジタル照度計LX-1010Bを用いた。

調査対象は大学生実家179戸、その他一般住宅25戸、大学生下宿12戸である。所在地は、関西75%、中部13%、その他12%である。所有形態は持ち家が85.2%とかなり多い。居住形態では、独立住宅が72.7%、マンション・アパート・連続住宅などの集合住宅が26%である。家族構成は夫婦と子供の核家族66.7%、三世代同居16.7%である。建築年数は11年20年が最も多く42.6%、次いで10年未満21.8%、である。今回の調査対象216戸のうち、LEDを用いているのは49戸で22.7%にすぎない。その内、ランプのみ取り替えが40戸と多く、入居時から5戸、器具取替えはわずか3戸である。取替えた43件中、従前のランプは白熱電球62.8%、電球形蛍光ランプ30.2%である。LEDに取替えた理由は、長寿命79.1%、低消費電力72.1%と省エネを考えての導入が8割近くを占めており、LEDランプの特徴である調光調色機能は理由には挙がっていない。LEDの改善希望は20戸で、光を広げる30%、明るく25%である。居間で使用されている光源で最も多いのは、環形蛍光ランプである。LEDランプは総使用ランプの3%程度であり、住宅のLED使用率22.7%と比較して居間での使用割合は少ない。生活行為別の室の平均照度を算出したところ、「長時間の読書・勉強」は164lx、「テレビを見る」は161lx、「横になる」は141lxとなった。2011年度は、住宅の照明環境の実態調査を行い、240件のデータを得ることができ、その成果は、日本建築学会、照明学会、日中韓照明カンファレンスで発表済みである。2012年度は、2011年度の実態調査の協力住宅のうちモニター調査の対象住宅を抽出し、協力得た。その結果については、日本建築学会にて発表予定である。モニター調査については当初、電球型LEDランプのみの使用を考えていたが、LEDシーリングライトおよび電球型LEDランプの使用実験により、現状照明とLED照明の比較がより正確にできたことから、当初の予定よりも、実験内容が進展している。平成23年度は主に近畿圏の戸建て及び集合住宅の夜間の光環境の実測調査および居住者の意識調査を行い、比較対象として中国の住宅の照明に関しての資料を得ることを目標とした。住宅の夜間の光環境の実測調査については、目標200戸程度に対し、216戸の実測および居住者の意識調査を行った。また、日本のJIS照明基準についてJISの制定から現在までについて住宅照明の基準の変遷についてとらえた。比較対象の中国の住宅照明に関する資料として、中国の住宅の照明基準について調査した。また、予備調査として中国の住宅照明環境の訪問調査(6戸)を行った。これらから、おおむね計画通り順調に研究が進んでいると評価できる。2013年度は、2011年度に行った調査対象住宅への追跡調査を行い、過去2年間の住宅照明環境の変化および住宅照明に関する意識の変化について調査する。また、新たに200人程度から、同様のアンケートをとり、2年前の調査対象群と新たな調査対象群との意識の違いについて検討する。20112013年度の結果を総合し、住宅の照明環境の実態と生活スタイル・省エネルギー意識の関わりを明らかにするとともに、これからの住宅の照明環境について提案する。
スポーツ科学の観点からみた介護予防プログラムの開発とその運営システムの構築

本研究では、初年度に作成した介護予防システムにおける枠組みに基づき、元気高齢者、虚弱高齢者、要介護認定高齢者など、それぞれの対象像に合わせたスクリーニング、介護予防マネジメント、同プログラムの作成、および評価を実施していくために、(1)介護予防の対象者となる高齢者の特性分析、(2)介護予防運動プログラムの開発、(3)介護予防に関連した評価基準の作成、(4)介護予防の普及啓発、(5)環境整備、介護予防関連事業に関するシステム構築の5つの領域から、研究作業を行った。まず、(1)では主に筋量や筋厚など身体機能的特性および、身体活動・筋力トレーニング実施状況やその関連要因などの行動心理的特性における調査研究を行った。また、軽度者や虚弱高齢者だけではなく、元気高齢者(地域自主活動を行っている高齢者)や慢性疾患(循環器疾患や運動器疾患)を有する高齢者にも対象を広げ、調査研究を実施した。(2)では(1)で実施された高齢者の特性に関する研究結果を踏まえて、大きく3つのカテゴリー(元気高齢者、虚弱高齢者、軽度介護認定者)における高齢者特性に合わせた運動プログラムの開発やプログラムに使用する簡便な運動機器の開発、その効果検証を行った。さらに循環器疾患や運動器疾患を有する高齢者に特化した運動プログラムの開発も行った。(3)ではこれまでほとんど検討されていない虚弱高齢者に対する介護予防プログラムの身体的および心理的評価尺度、さらには介護予防サービス従事者のコミュニケーションスキルやセノフ・エフィカシーの評価尺度を開発した。(4)では介護予防事業参加への普及活動の検討、地域を活用した介護予防ボランティア育成を試みた。最後に(5)では、地域包括支援センターや委託を受けた事業者(民間フィットネスクラブ、自治体の公共施設等を利用して実際に介護予防運動プログラムを展開する事業者)など、様々な介護予防サービス提供場面における運営システムの構築を行った。これまでスポーツ科学の領域からのアプローチは健康な高齢者に集中し、「身体機能が低中」の高齢者についてのデータ集積や「介護対象候補者」に対する介護予防プログラムの開発は十分になされてこなかった。本研究は、これらの高齢者を対象としてデータの集積を行うことにより、元気なまま過ごすために必要となる体力基準の策定および個々に応じた適切なスポーツプログラムの開発を行い、さらに、介護予防活動の社会財政効果を把握するための推定モデルを構築するものである。本年度は(1)「介護対象候補者」ならびに「要介護者」の特性分析と、(2)対象に応じたプログラム開発(16年度は対象適合を検証するための準備調査)を行った。要介護者の身体機能特性を明らかにするために、デイケア利用者および自治体での介護予防高齢者筋力向上トレーニング参加者を対象として、筋厚、下肢・上肢筋力、骨密度、身体機能について計測した。さらに、3ヶ月間のマシントレーニングによる変化をみたところ、自治体でのトレーニング参加者に、大腿前部の筋厚の増大、下肢筋力や機能の向上が見られた。また、音楽を用いたプログラムやトレーニングマシンを用いないプログラム、記録帳や歩数計を使用し、教室外での活動を意識させることを目的としたプログラムを開発し、上記参加者に加え、デイサービス利用者、軽費老人ホーム入所者、養護老人ホーム入所者等を対象として、どのようなプログラムが適合するか準備調査を行った。これらの研究結果と現存する介護予防プログラムの現状をふまえ、介護保険新予防給付に向けた介護予防システムの原案を作成した。17年度は、本年度開発した運動プログラムを実践し効果の検証を行うとともに、骨格となるプログラムを作成する予定である。

本研究は,「身体活動レベルが中低」の高齢者を対象としてデータの集積を行うことにより,元気なまま過ごすために必要となる体力基準の策定および個々に応じた適切な運動プログラムの開発を行い,さらには,介護予防活動の社会財政効果を把握するための推定モデルを構築するものである。昨年度われわれは,「介護対象候補者」ならびに「要介護者」の特性分析と,対象に応じたプログラムの開発を行った。また,これらの研究結果と現存の介護予防プログラムの現状をふまえ,介護保険新給付に向けた介護予防システムの原案を作成した。平成17年度は昨年度実施事業の一部について資料整理を進め,成果発表・論文刊行を行うこととした。さらに各々のプロジェクトの成果に関する共通理解を深め,本研究全体の方針策定に関して合意形成を行ったうえで,プロジェクトごとに以下の作業を進めた。(1)運動プログラムの充実化と想定した適合対象者に対する実践・効果検証(虚弱・非該当高齢者を対象とした自重負荷による筋力トレーニングおよび低体力者向けの太極拳,ファンクショナルストレッチを中心に構成した体操プログラムを作成),(2)プログラムを受けたことによって獲得した介護予防効果の持続程度の検証(昨年度実施したプログラムについて,1年後の経過測定の実施),(3)高齢者施設居住者の運動プログラム継続のための要因調査(運動教室型プログラムへの継続参加には,サービスに対する知覚満足が重要),(4)自治体の介護予防事業実施にともなう問題点の明確化(自治体が実施する介護予防事業を円滑に進めるためには,介護予防事業を理解した指導者の育成と国,自治体,事業者間の適切な情報の流れが不可欠),(5)介護予防事業推進のための仕組みづくり(地域高齢者に介護予防事業を普及させる仕組みについての検討)を行った。昨年度までに我々は、「介護対象候補者」ならびに「要介護者」の特性分析と,対象に応じたプログラムの開発・充実化と適合対象者に対する実践・効果検証を行い、介護保険新給付に向けた介護予防システムの原案を作成した。平成18年度は昨年度実施事業の一部についての資料整理と成果発表を行うとともに、プロジェクトごとに以下の作業を進めた。(1)潜在的な介護予防対象者に対して、介護予防事業を普及・啓蒙するしくみを作成するために、地域高齢者クラブという既存のチャネルの利用を試みた。また、地域で実施されている、自主的な介護予防運動普及活動の成功例を調査し、これらの結果から、地域で自主的な介護予防活動が成功するために必要な条件を検討した。(2)運動プログラムの充実化と想定した適合対象者に対する実践,効果検証では,新しい健康増進運動器具を開発し,これを用いたプログラムの作成と、指導者の育成方法を構築した。また、膝痛を持つ高齢者の痛みへの対処方略と痛みの程度、活動制限の関係を検討し、用いる対処方略によって活動制限に差があることを示した。さらに、膝痛軽減のための情報誌配布が、膝痛のためのスポーツ医学的プログラムと同様に活動制限を軽減させることが明らかとなった。
肺がんに対する新たな治療法、光線力学的遺伝子治療の開発

光線力学的治療(Photodynamic therapy : PDT)は、低侵襲、臓器温存、QOLを考慮した治療法で、中心型早期肺癌に対して良好な成績をおさめてきた。しかし、レーザー照射可能領域でないと治療できなどの欠点があった。我々は、PDTに使用する腫瘍親和性光感受性物質と細胞内での化学発光により光線力学的反応を誘導し、それが抗腫瘍効果を有していることを本研究で明らかにした。すなわち、光線力学的治療に使用する光感受性物質の腫瘍親和性と化学発光酵素を遺伝子導入するという光線力学的遺伝子治療法(Photodynamic gene therapy)の有効性を証明した。化学発光反応としてrenilla luciferaseとcoelenterazineを利用し、それによって生ずる約418-450nmの青色光で腫瘍親和性光感受性物質レザフィリンを励起し、光線力学的反応を誘導し、抗腫瘍効果を有していることが明らかになった。肺癌細胞株A549、乳癌細胞株MCF-7c3 (caspase-3導入)細胞内に化学発光酵素renilla luciferaseのプラスミド遺伝子を高発現させ、その12時間後、細胞培養液中に酵素基質であるcoelenterazineとレザフィリン10□g/mlを加えた。Renilla luciferaseの遺伝子導入に際して、GFP (green fluorescent protein)ベクター、GFP-Bcl-2をそれぞれco-transfectionを施行した。遺伝子導入後、24時間後、36時間後に蛍光顕微鏡により肉眼的に典型的なアポトーシスをヘキスト染色により観察した。その結果、A549細胞、MCF-7c3細胞ともに遺伝子導入後36時間では20%を超える細胞がアポトーシスを呈していた。また、この細胞内PDTで誘導されるアポトーシスは、GFP-Bcl-2をco-transfectionにより抑制されることが明らかになった。光線力学的遺伝子治療は、十分な抗腫瘍効果を有し、進行肺癌だけではなく、体表から深部に存在するレーザー照射不可能な固形癌への応用なども可能である。また、この研究成果は、高齢者などへのQOLを考慮した新規のがん治療法として今後臨床応用が期待される。光感受性物質(光線力学的治療:PDTに使用される)の腫瘍親和性を利用して、化学発光に要する酵素遺伝子をがん細胞内に過剰発現させ、PDTを施行する、すなわちレーザーを使用しないPDTという全く新しい治療法に関する基礎的実験を施行した。これは、将来的には様々な臓器の固形がんに応用できる可能性を有している。第2世代光感受性物質であるレザフィリンを使用し、ルシフェラーゼの改良体(基質としでcoelenterazine、酵素としてRenilla-luciferase)による反応により生ずる400-450nmの発光反応で細胞内PDTを行った。この波長領域に、光感受性物質の最大吸収域が存在するために、非常に効率よく光線力学反応が可能である。肺癌細胞株A549細胞にRenillaluciferase.遺伝子をプラスミドベクターを用いて、一過性に過剰発現させ、その後基質であるcoelenterazineを細胞培養液中に添加し、細胞にとりこませた。その後、時間経過とともに細胞を回収し、細胞核をヘキスト染色することにより、典型的なアポトーシス細胞をカウントし、抗腫瘍効果について検討した。その結果、Renilla luciferase遺伝子導入24時間後には、遺伝子が取り込まれた細胞のうち90%以上がアポトーシスを生じているのが観察された。このことは、癌細胞内で光線力学反応が生じ、それにより癌細胞がアポトーシスになったと考えられた。すなわち、癌細胞内発光による遺伝子治療は強い抗腫瘍効果を有することが明らかになった。今後は、この化学発光による細胞内PDTを従来の遺伝子治療技術を使用することにより、動物モデルで検証する予定である。これらは、全く新しい治療法で、我々は世界に先駆けた臨床応用を目標としている。

また、この細胞内PDTで誘導されるアポトーシスは、GFP-Bcl-2をco-transfectionにより抑制されることが明らかになった。光線力学的遺伝子治療は、十分な抗腫瘍効果を有し、進行肺癌だけではなく、体表から深部に存在するレーザー照射不可能な固形癌への応用なども可能である。また、この研究成果は、高齢者などへのQOLを考慮した新規のがん治療法として今後臨床応用が期待される。
肺切除術後の残存肺には急性肺損傷が潜在する

肺癌の治療などとして行われる肺切除は、残存肺に種々の炎症性メディエーターの惹起を伴う潜在性急性肺損傷を生じさせている。動物実験ではこの肺損傷は小開胸手術により軽減した。肺切除はエンドトキシン誘発性肺損傷を悪化させると考えられた。また、残存肺ではブレオマイシンによる肺損傷が悪化し、線維化も促進されていた。肺全摘によって惹起された炎症性サイトカインやケモカインなどが形成するネットワークの関与が示唆された。マウス肺切除モデルにおいて、小開胸と大開胸の手術侵襲と術後残存肺に生じる急性肺損傷の比較に関する研究を行った。【背景】胸腔鏡手術が低侵襲として普及してきている。鎮痛薬の減量、在院日数の短縮、呼吸機能の温存等が、臨床上の効果、利点として報告されている。しかしながら臨床では標準化された研究の組み立てが困難であり、侵襲の評価は難しい。【目的】マウス左肺切除モデルにおいて小開胸と大開胸で術後の回復及び残存肺の肺損傷の程度を比較する。【方法】C57BL/6マウスに人工呼吸管理下で左肺切除術を施行する。小開胸群では5mmの創で肋間筋以外の筋肉を切断せずに小開胸する。大開胸群では20mmの創で筋肉を切断し、第5肋間にて開胸し、第6肋骨を切断する。両群とも肺門にて気管支、肺動静脈を一括して結紮後切離し左肺全摘を施行する。術後の体重変化と摂食量、肺血管透過性と肺浮腫の程度を比較、評価する。【結果】術直後の体重変化に2群間で有意差を認めなかったが、術後1日から5日目までの体重減少が小開胸群で有意に少なかった。術前の体重に回復するまでに要する日数は小開胸群では3.0±0.6日、大開胸群では5.3±0.8日だった。術後24時間までの摂食量は小開胸群で有意に多かった。また小開胸群では肺浮腫の程度が低く、血管透過性の上昇も抑えられた。【結論】マウスの肺切除において体重減少と摂食量での評価では、小開胸では大開胸と比較して低侵襲であった。また小開胸により、残存肺での急性肺損傷が軽減された。間質性肺炎・肺線維症を合併する肺癌患者に肺切除術を施行すると、術後急性増悪を来たしやすく、急性呼吸促迫症候群(ARDS)となり、致命的となる。外科的侵襲による増悪と考えられるが、メカニズムは不明であり有効な予防法や治療法もない。肺線維症の動物モデルとしてブレオマイシン(BLM)誘発性肺線維症がある。急性期に肺損傷を生じ、リモデリングの過程で線維化が生じる。我々はマウスに左肺全摘を施行するだけで残存右肺に炎症細胞が集積しHMGB1や種々のサイトカインが関与して血管透過性亢進と肺浮腫が生じることを明らかにしている。【目的】C57BL/6マウスにおいて肺全摘がBLM誘発性肺線維症に及ぼす影響を明らかにする。肺胞洗浄液(BALF)中で23種のサイトカイン、ケモカインと、炎症・ショックのメディエーターとして注目されるHMGB1を測定し、肺切除とBLM誘発性肺損傷・線維化への関与を検討する。【方法】C57BL/6マウスに対し人工呼吸器管理下(Fio2 : 0.21)で右肺にBLM(塩酸ブレオマイシン1.0mg/kg :通常肺線維症を生じさせる1/3量)・或いは生理食塩水を経気管支投与した後、左肺全摘術或いはsham operationを施行する。【結果】処置後7日目において残存右肺での肺血管透過性と肺浮腫、BALF中の炎症細胞数は、BLMに肺全摘が加わることで更に亢進、増加した。BLM単独と比較して組織学的に残存肺で線維化が著明で、コラーゲン含量も2倍に増加した。またBALF中では、ブレオマイシン単独と比較し、肺線維化に関与すると考えれているメディエーター、IL-1b(1.4倍)、IL-6(3倍)、MCP-1(3.7倍)、RANTES(2倍)、Keratinocyt-derived chemokine(KC)(3.8倍)、HMGB1(1,4倍)の濃度が有意に上昇していた。【結論】肺全摘により残存肺でのBLMによる肺損傷が悪化し、線維化も促進されていた。肺全摘によって惹起された炎症性サイトカインやケモカイン或いはHMGB1の関与が示唆された。【背景及び目的】間質性肺炎・肺線維症を合併する肺癌患者に肺切除術を施行すると、術後急性増悪を来たしやすく、急性呼吸促迫症候群(ARDS)となり、致命的となることが知られている。

急性期に肺損傷を生じ、リモデリングの過程で線維化が生じる。我々はマウスに左肺全摘を施行するだけで残存右肺に炎症細胞が集積しHMGB1や種々のサイトカインが関与して血管透過性亢進と肺浮腫が生じることを明らかにしている。21年度はC57BL/6マウスにおいて肺全摘がBLM誘発性肺線維症に及ぼす影響を明らかにした。そして肺胞洗浄液(BALF)中で23種のサイトカイン、ケモカインと、炎症・ショックのメディエーターとして注目されるHMGB1を測定し、肺切除とBLM誘発性肺損傷・線維化への関与を検討した。【方法】C57BL/6マウスに対し人工呼吸器管理下(FiO_2:0.21)で右肺にBLM(塩酸ブレオマイシン1.0mg/kg:通常肺線維症を生じさせる1/3量)或いは生理食塩水を経気管支投与した後、左肺全摘術或いはsham operationを施行した。【結果】処置後7日目において残存右肺での肺血管透過性と肺浮腫、BALF中の炎症細胞数は、BLMに肺全摘が加わることで更に亢進、増加した。BLM単独と比較して組織学的に残存肺で線維化が著明で、コラーゲン含量も2倍に増加した。またBALF中では、ブレオマイシン単独と比較し、肺線維化に関与すると考えれているメディエーター、IL-1b(1.4倍)、IL-6(3倍)、MCP-1(3.7倍)、RANTES(2倍)、Keratinocyt-derived chemokine(KC)(3.8倍)、HMGB1(1.4倍)の濃度が有意に上昇していた。【結論】肺全摘により残存肺でのBLMによる肺損傷が悪化し、線維化も促進されていた。肺全摘によって惹起された炎症性サイトカインやケモカイン或いはHMGB1の関与が示唆された。