hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
コロナ放電による火炎の汚染物質排出特性の制御とその機構解明

プロパン拡散火炎について、その燃焼帯に適用したコロナ放電のすす発生抑制効果、またすす発生を促進する適用法によるCO_2抑制に関するデータを取得するとともに、これらの場合のコロナ放電のすす発生抑制またすす発生促進機構を解明した。さらにまた、コロナ放電が拡散火炎のNOx発生に及ぼす影響についても検討した。1.拡散火炎の外からコロナ放電を適用し顕著にすすを抑制する方法、また燃料過剰領域にコロナ放電を適用するとすす発生が促進されることを見いだした。2.プロパン層流拡散火炎に対し、それの6倍のプロパン流量の完全乱流領域にある拡散火炎の発生するすす量は約1/20である。層流拡散火炎、完全乱流領域にある拡散火炎何れの場合にも、火炎下部に数mAの直流コロナ放電の印加によりすす発生量を放電のない場合の数%に減少させることができた。火炎の長さ方向の中央部あるいは上部に放電を印加したときにもすす発生量をほぼ半減させることができた。3.コロナ放電がすす発生に影響を与える機構として、(1)横方向から火炎に吹きつけるコロナ風のaeration効果、(2)コロナ風また電界の効果による火炎形態の変化(乱れの発生・非軸対称化をもたらす)、(3)すす核の発生またその成長に対する放電の直接的効果、(4)発生したすすの再燃焼に対する放電の効果がある。層流拡散火炎の下部に放電を適用した場合にはすす発生抑制に対して(1)と(2)が、乱流拡散火炎の下部に放電を適用した場合には(3)が優越していること、何れの火炎もその中央部あるいは上部に放電を適用した場合には、(4)の機構が優越していることがわかった。4.層流及び乱流火炎とも、数W程度のコロナ放電ではNOx発生に及ぼす影響はほとんど認められなかった。平成5年度においては、プロパンの乱流拡散火炎および層流拡散火炎について、そのすす発生特性のコロナ放電(直流および高周波)による制御に関する実験的研究を行ない、下記の如き結果を得た。1.すす発生の抑制に対するデータの蓄積:濾紙採取法を用い、プロパン火炎のすす抑制に対する直流コロナ放電電流の大きさの影響、電極間隔の影響、放電印加位置の影響に関する定量的データを蓄積した。プラズマジェットあるいはアーク放電適用の場合と比較して、直流コロナ放電は消費電力の観点からそのすす抑制効果が優れていることが認められた。2.すす生成促進による火炎のCo_2発生の抑制:すす発生の比較的少ない、すなわち相当量のCo_2を発生する流量の大きいプロパン乱流拡散火炎について、燃料過剰の反応領域にコロナ放電を適用し、すす生成を促進させ、結果的にCO_2排出低下が可能であることが示さられた。このようなすす生成促進については、電力の少ないコロナ放電よりも、グローあるいはアーク放電の方が優れていることも明らかになった。3.コロナ放電のすす発生の抑制機構の検討:コロナ放電のすす抑制機構について、コロナ風が大きい影響を持つことが、ピトー管によるコロナ風の測定により明らかになった。コロナ風以外のファクターの影響をみるために、コロナ風を殆ど発生しない高周波コロナ放電(14kc)を印加した実験も行なった。火炎の外側から高周波コロナ放電を加えた場合にも幾分のすす抑制効果が現われたが、このことは放電の化学的効果、軸対称火炎の変形の効果の存在を示唆している。平成6年度においては、層流及び遷移領域のプロパン拡散火炎のみならず乱流領域の火炎について、その燃焼帯に適用したコロナ放電のすす発生抑制効果のデータを取得するとともに、それぞれの火炎についてコロナ放電のすす発生抑制機構を解明した。またコロナ放電がこれらの火炎のNOx発生に及ぼす影響についても検討した。1.層流及び乱流拡散火炎に対するコロナ放電のすす抑制効果:プロパン層流拡散火炎に対し、それの6倍のプロパン流量の完全乱流領域にある拡散火炎の発生するすす量は約1/(20)である。層流拡散火炎、完全乱流領域にある拡散

火炎何れの場合にも、火炎下部に数mAの直流コロナ放電の印加によりすす発生量を放電のない場合の数%に減少させることができた。火炎の長さ方向の中央部あるいは上部に放電を印加したときにもすす発生量をほぼ半減させることができた。2.コロナ放電のすす発生抑制機構:コロナ放電がすす発生に影響を与える機構として、(1)横方向から火炎に吹きつけるコロナ風のaeration効果、(2)コロナ風また電界の効果による火炎形態の変化(火炎の乱れの発生・非軸対称化をもたらす)、(3)すす核の発生またその成長に対する放電の直接的効果、(4)発生したすすの再燃焼に対する放電の効果がある。層流拡散火炎の下部に放電を適用した場合にはすす発生抑制に対して(1)と(2)が、乱流拡散火炎の下部に放電を適用した場合には(3)が優越していること、何れの火炎もその中央部あるいは上部に放電を適用した場合には、(4)の機構が優越していることがわかった。3.コロナ放電がNOx発生に及ぼす影響:層流及び乱流火炎とも、数W程度の放電ではNOx発生に及ぼす影響はほとんど認められなかった。さらに放電電力を増大した実験を継続中である。
固体触媒表面での電荷移動と化学反応のダイナミクスに関する理論的研究

本研究の最終目標は、固体表面反応や触媒反応における、電子-核ダイナミクスをシミュレーションすることのできる計算手法理論の確立である。その目的のために、博士課程第1年度目においては、まず実時間発展形式のTime Dependent Density Functional Theory(TDDFT)を用いた電子ダイナミクス計算手法と、Ehrenfestの理論による核ダイナミクスの理論が、どのようにこの問題に適用できるかを研究した。博士課程第2年度目では、核の量子性が顕著になる系の電子-核ダイナミクスを扱うことのできる理論の開発を目指して研究を行った。私は、E.K.U.Gross教授のグループのA.Abediが2010年に発表した、系全体の時間依存シュレディンガー方程式を、核の方程式と電子の方程式に正確に分割するという理論に着目し、その正確に分割された2つの式から、TDMCDFTの枠組みへの移行を試みた。その結果、Time-Dependent Variational Principleに基づく、一粒子軌道についての式の組で電子-核ダイナミクスを記述する理論を開発することができた。博士課程第3年度目では、開発された手法の妥当性を、Exact計算、TDH近似、そしてEhrenfest法とし比較し、検討した。これらの手法の時間依存有効核ポテンシャルを比較することが、近似手法の有効度を見るのに非常に優れていることが明らかになった。さらに、最新の、強アト秒レーザーにより電子ダイナミクスをコントロールすることにより化学反応をコントロールする実験技術について、Exact TDPESの解析を行い、このような複雑な非断熱過程の電子-核ダイナミクスを計算するためには、どのような時間依存有効核ポテンシャルが必要なのかを明らかにした。本研究により、核の量子性が顕著になる系を含む、固体表面や触媒反応の電子-核ダイナミクスをシミュレーションするための手法の出発点となる式が明らかにされた。本研究で開発された手法、および本手法の概念にのっとり、系を拡張していくことで、一般的な系を扱うことのできるシミュレーション理論の確立を目指す。多電子系の記述にはTDDFTを用い、多核系の記述にはMCTDH理論を用いる。固体触媒表面における化学反応は、基礎科学・工業的応用の両面から極めて重要であり、その微視的なメカニズムの解明が強く望まれている。特に私は、表面における電子ダイナミクス(電荷移動)と核のダイナミクス(化学反応)の正確なシミュレーション理論の開発を課題として研究をおこなっており、これが達成された暁には、固体表面反応の実験結果の理論的説明や新奇固体触媒開発のための理論的根拠を与えることが可能となる。本年度、私は、この課題遂行のための第1段階の研究として、まず固体触媒表面をクラスターなどの孤立系でモデル化し、そこでの化学反応の実時間電子ダイナミクスの計算を行った。このとき、電子の時間発展は時間依存型密度汎関数理論(TDDFT)を用いて取り扱い、核のダイナミクスにはEhrenfestの手法を用いた。これらの理論と手法はoctopusというプログラムに導入されており、これを用いて計算を行った。対象とする系は、白金表面での酸素分子の還元的解離吸着反応とした。この触媒反応は、大気汚染物質の酸化反応や燃料電池の電極反応として極めて重要であり、その詳細な反応機構の解明が強く望まれている。私は、この反応における電子ダイナミクスに関して、白金表面をクラスターで近似し、octopusを用いてシミュレーションを行った。このとき金クラスター上でも同様の計算を行い、どのような電子のダイナミクスが白金の触媒作用をもたらしているかの解析に努めた。その結果、白金クラスター上では金クラスター上に比較して酸素分子への電子移動が起こりやすく、表面に近づくとき早い段階でスーパーオキシドの状態になるということが、容易な解離吸着反応の起源であることが明らかになった。この研究成果は、マレーシアで行われた4th Asian Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry、およびChemical Physics Lettersで発表した。さらに、本年度末(2月、3月)において、ドイツのMax Plank Institute of Microstructure Physicsへ渡航し、Eberhard K.U.Gross教授のグループにおいて短期留学を行った。そこでTDDFTについてより詳細な勉強を行うことができ、最新の応用についても学ぶことができた。固体触媒表面における化学反応は、基礎科学・工業的応用の両面から極めて重要であり、その微視的メカニスムの解明が強く望まれている。私は、表面における電子ダイナミクス(電荷移動)と核ダイナミクス(化学反応)の理論の確立を課題として研究を行っており、これが達成された暁には、色素増感太陽電池や燃料電池電極などの固体状面反応の反応効率の向上や新規固体触媒開発のための理論的指針を与えることが可能となる。前々年度、私は、この課題達成のための第一段階として、電子をTime-Dependent DFT (TDDFT)により量子力学的に扱い、核を古典的に扱うEhrenfestの理論を用いて、固体表面反応の電子-核ダイナミクスを計算した。その結果、この手法は断熱的な化学反応の解析には極めて有効であるが、非断熱的な反応は正確に記述できないことが明らかになった。そこで前年度、私はTime-Dependent Multicomponent DFT (TDMCDFT)という、核をも量子力学的に扱い、なおかつ一粒子軌道に対する方程式で、核と電子のダイナミクスを記述できる理論の確立を目指し、研究を行った。

私は前々年度末、この理論の提唱者であるE.K.U.Fross教授のグループへ留学し(ドイツ、Max Planck Institute of Microstructure Physics)、その内容を学んできたのであるが、再び前年度末、同グループへ留学し、研究を進めてきた。その結果、時間依存変分原理に基づく、一粒子軌道についての式の組で、電子-核ダイナミクスを記述する理論の開発といった、本課題達成の礎をなす、重要な研究を進めることができた。これらの研究は、本年度初期に完成する予定である。本研究の最終目標は、固体表面反応や触媒反応における、電子-核ダイナミクスをシミュレーションすることのできる計算手法理論の確立である。その目的のために、博士課程第1年度目においては、まず実時間発展形式のTime Dependent Density Functional Theory(TDDFT)を用いた電子ダイナミクス計算手法と、Ehrenfestの理論による核ダイナミクスの理論が、どのようにこの問題に適用できるかを研究した。博士課程第2年度目では、核の量子性が顕著になる系の電子-核ダイナミクスを扱うことのできる理論の開発を目指して研究を行った。私は、E.K.U.Gross教授のグループのA.Abediが2010年に発表した、系全体の時間依存シュレディンガー方程式を、核の方程式と電子の方程式に正確に分割するという理論に着目し、その正確に分割された2つの式から、TDMCDFTの枠組みへの移行を試みた。その結果、Time-Dependent Variational Principleに基づく、一粒子軌道についての式の組で電子-核ダイナミクスを記述する理論を開発することができた。博士課程第3年度目では、開発された手法の妥当性を、Exact計算、TDH近似、そしてEhrenfest法とし比較し、検討した。これらの手法の時間依存有効核ポテンシャルを比較することが、近似手法の有効度を見るのに非常に優れていることが明らかになった。さらに、最新の、強アト秒レーザーにより電子ダイナミクスをコントロールすることにより化学反応をコントロールする実験技術について、Exact TDPESの解析を行い、このような複雑な非断熱過程の電子-核ダイナミクスを計算するためには、どのような時間依存有効核ポテンシャルが必要なのかを明らかにした。本研究により、核の量子性が顕著になる系を含む、固体表面や触媒反応の電子-核ダイナミクスをシミュレーションするための手法の出発点となる式が明らかにされた。本研究で開発された手法、および本手法の概念にのっとり、系を拡張していくことで、一般的な系を扱うことのできるシミュレーション理論の確立を目指す。多電子系の記述にはTDDFTを用い、多核系の記述にはMCTDH理論を用いる。
カグラコウモリにおいて、社会構造が、島間および島内集団間の遺伝的分化に及ぼす影響

西表島、石垣島、与那国島においてカグラコウモリのコロニーを、新しいものから古いものまで含めてAMOVAで解析したところ、遺伝的変異はコロニー内で最大になった(96.15%)。島内の遺伝的変異が最小の0.39%となり、島間では3.46%になった。これらの結果からカグラコウモリの遺伝的変異のコロニー内、コロニー間、島内、島間といった各階層における値がそれぞれ全く異なっており、階層ごとに特徴的な値をもつことが分かった。また遺伝的変異がコロニー内で大きいという結果から、コロニー間の遺伝的交流が大きいことが示唆され、コロニー同士が遺伝的にある程度結びついたメタ個体群の様相を呈すると考えられる。理論的に算出した過去の集団サイズ(1257個体)と実際に与那国島でカウントした現在の集団サイズ(449個体)の比較から、比較的近年に劇的な個体数の減少が起こったことが示唆され、この個体数の減少には明らかに遺伝的なボトルネックはかかっていない。集団サイズの減少を招いた一因は人間の活動にあると推測できる。西表島、石垣島を含む八重山諸島全体で個体の移動分散がオスに偏っていることが遺伝的に裏付けられた。しかし与那国島ではメスの移動分散がオスよりも大きいという反対の結果を得た。本研究は移動分散の程度が生態的条件によって、オス-メス間でシフトすることを種内レベルで研究した初めての例である。また、与那国島では、本種のコロニーを形成する個体数がとても少ないが、交尾後の冬眠時期には集団サイズが増加する。予備解析の結果から本種は一夫多妻制の交尾システムを取っていることを示唆し、他の八重山列島の本種の雄のコウモリで生じていることとは異なり、与那国島の雄のコウモリにとっては交配競争よりも資源競争の方が重要であることを推測させる。<この一年間で得られた結果>石垣島の集団から6つのマイクロサテライトDNAの遺伝子座を特定した.遺伝的に分化の観られる三つのコロニークラスターがあり,その内2つのコロニーが繁殖コロニーであることが明らかになった.アサインメントテストによって島間の遺伝子流動を見積もったところ、石垣島と与那国島の間の推定値はこれまで考えていた値よりもかなり小さい値になることが明らかになった.与那国島のカグラコウモリの集団は他の島との遺伝子流動がほとんど無いことが分かった.与那国島において,カグラコウモリの観察された洞窟は9つあった.これらの洞窟における個体群動態は季節ごとに異なっており,例えば冬眠に用いられる洞窟はこのうち3つであることが特定された.カグラコウモリをマーキングしてその動態を観察したところ,繁殖が行われる洞窟へ一年を通じて何回か戻っていることが分かった.通常暗い場所を好む洞窟性のカグラコウモリではVisual cluesと呼ばれる顔の表情を用いたコミュニケーションは用いられないが,与那国島のカグラコウモリでは他の哺乳類に観られるこのVisual cluesを用いることが示唆された.与那国島ではカグラコウモリの行動は他の八重山諸島の島で観察されたものと異なり,冬眠時以外は日光の差し込むような明るい場所で生活することが分かっている.このこととVisual cluesの間にはなんらかの関係があるのかもしれない.与那国島に観られるカグラコウモリの集団サイズは,目視による個体数のカウント,標識再捕獲法,分子マーカーを用いた有効集団サイズの見積もりを併せて行い,どの集団においても500個体以下であるとの結果を導いた.コウモリを材料にした研究では通常,至近距離からの識別のみが行われているが,今回新しい手法を用いることで遠方からの識別が可能になった.この手法を使用することにより再捕獲の必要が無くなり,個体群動態や行動と分子データの関係をより詳細に研究することができると期待される.西表島、石垣島、与那国島においてカグラコウモリのコロニーを、新しいものから古いものまで含めてAMOVAで解析したところ、遺伝的変異はコロニー内で最大になった(96.15%)。
準三次元洪水流モデルを用いた浮子観測流量の高精度化に関する研究

近年,我が国では観測機器の高度化に伴い高精度流量推定手法の開発が活発に行われている。しかし観測機器が高価なことや観測装置の設置の問題上,全国の河川に適用させることは困難であると考えられる。よって,浮子法による実用的な高精度流量推定手法の開発が,実務において非常に有用になりえると考えられる。浮子法には,1更正係数の妥当性が低い,2浮子の軌跡と測線配置に差異が生じる,3流速の横断方向に対する空間解像度が低いといった問題点が挙げられており,流量推定精度の向上が望まれる。そこで,本研究では浮子を用いた新たな流量推定手法の構築を目的とし,既往の研究でそれぞれ2,3の問題点について流量推定精度の向上が明らかとされている数値浮子モデルとDIEX法を組み合わせたカップリング手法の検討を行った。まず,数値浮子モデルによる複数の洪水を対象とした流量推定精度の検討を行い,定量的に測線の配置位置を決める手法を提案した。次に,DIEX法に数値浮子モデルで得られる流速の横断位置を内挿し,測線配置の修正による流速横断分布の修正効果を検討した。最後に,流速鉛直位置を浮子の観測結果から得られる水深平均流速を用いて算定し,流量の推定精度の検証を行い,本手法の妥当性を検討した。その結果,本手法は小規模洪水時,大規模出水時両ケースにおいて十分な流量推定精度を示した。本手法は,一般的な洪水流量解析に必要なデータ及び浮子による観測結果があれば容易に計算が可能なため,実務において非常に有用であると考えられる。旭川と百間川を結ぶ水路にて、現地水路実験を実施する予定であったが、7月に発生した大規模な洪水により同水路が大きく変形してしまい、水路実験について再検討する必要が発生した。また、同洪水は旭川において水位が上昇し、浮子観測を行うには危険であったため、準三次元モデルの高精度化に必要な浮子の軌跡についての実験および現地観測データの収集は次年度に実施する予定である。当初旭川で実施を予定していた水路実験は、岡山大学構内を流れる座主川で実施することに変更する。5月に模型作成、6月に実施予定である。また、出水期には、旭川での浮子流量観測時の軌跡をビデオ撮影するとともに、CCTVカメラのデータからSTIV解析より表面流況を推定し、準三次元モデルの精度検証および高精度化を試みる。1.データ収集・整備:現地観測に先だち,各観測所における観測流量の誤差の特性を把握するため,近年の出水ごとの流量と水位の時系列観測データおよび浮子観測の計算書を河川事務所に依頼中である.また,旭川の横断測量データおよびALBデータを用いて準三次元解析に用いる河床地形高データを作成した.2.現地観測の準備:出水期前に,実際に浮子観測が行われる中原橋(旭川)の現地視察を行った.浮子の軌跡を撮影するビデオカメラの設置位置について検討を行った結果,設置場所は,浮子が投下される橋上と第一・第二見通し線間の堤防上の2か所とした.3.現地観測:当該年は,大規模な出水が生じなかったため,現地観測を実施できていない.ただし,旭川ではADCPによる流量観測が,洪水発生時に実施される予定となっており,今年度も引き続き,現地観測体制を整えておく.なお,浮子観測が行われる規模の出水が発生するかは不確定なため,水路実験と既往洪水の浮子観測データのみでも本手法の構築が可能なように構成している.4.水路実験の準備:当初の計画から変更し,旭川と百間川の分流部に設置された幅2mの水路を用いた,現地実験を実施することに変更した.当該年度では,水路に関する測量および浮子投下の実験方法の再検討および試行実験を実施した.また,水路内に設置する模型形状については,準三次元モデルを用いた数値実験より検討することとし,準備を進めている.浮子観測が行われる規模の出水が発生しなかったことに加え,旭川の中原橋周辺に位置していた砂州を掘削した影響により,既往洪水における浮子の軌道と実施予定の現地観測における浮子の軌道を比較は,浮子観測の観測精度の向上に関して検討する上で重要となった.そこで,既往洪水のデータ収集および整備は,より時間をかけて実施することにし,3,4年目に行うよう計画を変更した.旭川分流部における水路を実験に用いる許可が得られたため,当初研究室が保有する幅40cmの直線水路からの計画変更を行った.それに伴い,当該年度では水路実験の測量や浮子実験方法の検討に注力し,また模型形状の検討を数値実験より行うよう変更したことに伴い,当初計画からの遅れが生じている.近年,我が国では観測機器の高度化に伴い高精度流量推定手法の開発が活発に行われている。

まず,数値浮子モデルによる複数の洪水を対象とした流量推定精度の検討を行い,定量的に測線の配置位置を決める手法を提案した。次に,DIEX法に数値浮子モデルで得られる流速の横断位置を内挿し,測線配置の修正による流速横断分布の修正効果を検討した。最後に,流速鉛直位置を浮子の観測結果から得られる水深平均流速を用いて算定し,流量の推定精度の検証を行い,本手法の妥当性を検討した。その結果,本手法は小規模洪水時,大規模出水時両ケースにおいて十分な流量推定精度を示した。本手法は,一般的な洪水流量解析に必要なデータ及び浮子による観測結果があれば容易に計算が可能なため,実務において非常に有用であると考えられる。旭川と百間川を結ぶ水路にて、現地水路実験を実施する予定であったが、7月に発生した大規模な洪水により同水路が大きく変形してしまい、水路実験について再検討する必要が発生した。また、同洪水は旭川において水位が上昇し、浮子観測を行うには危険であったため、準三次元モデルの高精度化に必要な浮子の軌跡についての実験および現地観測データの収集は次年度に実施する予定である。1.準三次元モデルの準備:本研究では,表層流速の再現性を向上させるために,水平流束の鉛直分布を従来の一次関数から高次関数に変更した準三次元モデルを作成する予定である.同様の研究は灘岡らによって提案されており,本研究では,三角形非構造格子へ拡張することで,より実際の河川へ柔軟に適用できるように改良する.今年度は,高次関数を用いたプログラムの作成に概ね時間を割く予定である.2.三次元モデルの準備:本研究では,申請者の研究室で所有している三次元解析ソフトのOpenFOAMより流れ場を再現する.ニ年度は,水路実験の再現計算に必要な形状データ(STLデータ),境界条件データの作成と,申請者の研究室が過去に実施した水路実験の再現計算を実施し,計算モデルの調整を行う.3.現地観測:初年度に計画した観測を,複数の出水を対象に実施する予定である.複数の出水に同様の観測を行う理由は,出水規模および出水波形の違いによる観測精度への影響を把握するとともに,準三次元モデルによる洪水流況の再現性と測線の修正方法の妥当性を検証するためである.4.水路実験:当初計画していた室内実験から現地実験に変更する.上流端流量はポータブル流速計および水位計より推定し,合わせて実河川と同様に浮子観測およびビデオ映像から浮子の軌跡線を画像解析法を用いて推定する.なお,測定機器および画像解析ソフトについては,一通り研究室で所有しており,予算申請内容については変更はない.当初旭川で実施を予定していた水路実験は、岡山大学構内を流れる座主川で実施することに変更する。5月に模型作成、6月に実施予定である。また、出水期には、旭川での浮子流量観測時の軌跡をビデオ撮影するとともに、CCTVカメラのデータからSTIV解析より表面流況を推定し、準三次元モデルの精度検証および高精度化を試みる。当初計画で実施予定の室内実験について,現地実験に変更したことに伴い,実験用の物品および消耗品の購入を次年度使用する計画に変更したため次年度使用額が生じた.また,江の川への現地視察を次年度に遅らせたことにより次年度使用額が生じた.三次元解析用の計算機を購入予定であったが、当該年度で三次元解析まで研究が到達できなかったため購入を次年度以降に持ち越す。また、国際会議での発表についても次年度以降に変更する。
脳脊髄神経系の障害部位別の心臓自律神経活動の変化に関する研究

脊髄および全脳障害が自律神経活動に及ぼす影響と,全脳障害時に脊髄が心臓自律神経活動に与える影響を調べる目的で,白色日本家兎を対象に実験的研究を行った.また左右別換気が心臓自律神経活動に与える影響も併せて研究し,換気と心拍変動と血圧という3者の関連性についてインパルスレスポンスを解析した.対象動物を脊髄切断群と全脳損傷群の2群に分け,心電図と動脈圧,および脳波のパワースペクトルを測定解析した.心電図と動脈圧は測定後にオフラインでパワースペクトルとインパルスレスポンスを解析した.心拍変動と血圧変動の解析とインパルスレスポンスの解析に用いたコンピュータプログラムはいずれも独自開発した.自律神経活動の指標はパワースペクトル上の高周波帯域と低周波帯域の比とした.また換気の影響については,対象動物を左のみの換気を行った群と右の換気を行った群の2群に分け,心電図と動脈圧,および脳波のパワースペクトルを測定解析した.その結果,脊髄切断により心拍数は低下し,動脈圧からみた自律神経バランスは高値に傾ことが明らかになった.全脳損傷では心拍の自律神経バランスは抑制され,心拍の動脈圧に対するインパルスレスポンスの最大変化は脊髄切断の状態以上に著しいことが判明した.また換気によって受ける影響は左側の換気の方が影響が大きく,解剖学的な差違による物理的な影響と考えられた.以上より,心拍変動は主として脳-脳幹により制御され動脈圧変動は脊髄を介して制御されているが,全脳損傷時には動脈圧変動は脊髄を介して心拍変動によって制御されていることが判明した.またこうしたコンピュータプログラムを用いた解析手法は,脊髄切断後に生ずる交感神経性過敏反応の病態を解析する上で有用であると考えられた.今後の臨床応用への可能性が示唆される.脊髄および全脳障害が自律神経活動に及ぼす影響と,全脳障害時に脊髄が心臓自律神経活動に与える影響を調べる目的で,白色日本家兎を対象に実験的研究を行った.また左右別換気が心臓自律神経活動に与える影響も併せて研究し,換気と心拍変動と血圧という3者の関連性についてインパルスレスポンスを解析した.対象動物を脊髄切断群と全脳損傷群の2群に分け,心電図と動脈圧,および脳波のパワースペクトルを測定解析した.心電図と動脈圧は測定後にオフラインでパワースペクトルとインパルスレスポンスを解析した.心拍変動と血圧変動の解析とインパルスレスポンスの解析に用いたコンピュータプログラムはいずれも独自開発した.自律神経活動の指標はパワースペクトル上の高周波帯域と低周波帯域の比とした.また換気の影響については,対象動物を左のみの換気を行った群と右の換気を行った群の2群に分け,心電図と動脈圧,および脳波のパワースペクトルを測定解析した.その結果,脊髄切断により心拍数は低下し,動脈圧からみた自律神経バランスは高値に傾ことが明らかになった.全脳損傷では心拍の自律神経バランスは抑制され,心拍の動脈圧に対するインパルスレスポンスの最大変化は脊髄切断の状態以上に著しいことが判明した.また換気によって受ける影響は左側の換気の方が影響が大きく,解剖学的な差違による物理的な影響と考えられた.以上より,心拍変動は主として脳-脳幹により制御され動脈圧変動は脊髄を介して制御されているが,全脳損傷時には動脈圧変動は脊髄を介して心拍変動によって制御されていることが判明した.またこうしたコンピュータプログラムを用いた解析手法は,脊髄切断後に生ずる交感神経性過敏反応の病態を解析する上で有用であると考えられた.今後の臨床応用への可能性が示唆される.目的:脳幹・脊髄神経系の障害部位別に循環調節機能の評価を行うこと.方法:頭蓋内圧亢進の実験モデルを作成して心拍変動解析を行い,脳幹を含む脊髄損傷部位別の心臓自律神経活動に与える影響をみる.心拍変動と動脈圧変動は心電図R-R間隔の時系列データと動脈圧を周波数解析して変化を調べる.障害部位別血流の温存は色素マイクロスフェアーにより観察する.モデルの作成に当たっては,頚髄損傷を作成した後に脳幹障害を惹起する群と,その逆の順序で障害した群の2群で比較する.なお同時記録した心電図と動脈圧から周波数応答,インパルスレスポンスを求める.結果:心拍変動解析からみると,頚髄損傷がまず発生すると,障害時に交感,副交感神経活動は上昇するが,脳幹障害を起こしても変化しない.しかし圧変動解析では前者では変化がみられず後者で著しい.一方,脳幹障害が最初に生じると、心拍変動、圧変動解析のいずれによっても交感,副交感神経活動の上昇をみるが,頚髄損傷では変化しない.結語:現時点では結論できないが,障害部位の発生順序によって心拍変動と動脈圧変動が示す交感,副交感神経活動に差異があることが示唆されることより,心臓自律神経活動を制御している脳幹,脊髄にはそれぞれの部位に固有の機能があることが明らかにされうる.今後の展開:次年度では,さらに実験数を重ねてより明確な数値をつかむとともに,まだ未解析の心拍変動と動脈圧変動との周波数応答,インパルスレスポンスを解析して,動脈圧変動に及ぼす心拍変動の影響を明らかにする.背景:心臓自律神経機能は脳幹死でその機能を停止するが,そうなるまでの廃絶の課程で,頭蓋内あるいは脊髄の病変部位別に異なった挙動を示す.目的:本研究では実験的に障害部位別の心拍,血圧,呼吸の連関に及ぼす影響を調べる.

この方法を用いて臨床的には麻酔下での病態生理を調べる.方法:頭蓋内圧亢進と脊髄損傷の2カ所の障害部位を持つ実験モデルを作成し,損傷部位別の心臓自律神経活動に与える影響を調べた.実験結果は頚髄損傷後に脳幹障害を与えた群と,その逆順の群の2群で比較した.心拍変動と動脈圧変動は心電図R-R間隔と動脈圧の時系列データを周波数解析し,同時に測定した心拍,血圧,呼吸の3者間の周波数応答を求めた.障害部位の血流途絶は色素マイクロスフェアーにより測定した.結果:心拍変動解析からみると,頚髄損傷がまず発生すると障害時に交感,副交感神経活動は亢進するが脳幹障害を起こしても変化しない.しかし圧変動解析では前者では変化がみられず後者で著しい.一方,脳幹障害が最初に生じると,心拍変動,圧変動解析のいずれによっても交感,副交感神経活動は亢進するが,頚髄損傷では変化しない.しかしいずれの手順でも2カ所の障害部位を生じた後では両者の差は見られない.臨床的には脊椎麻酔下の病態生理が脊髄損傷モデルに近似される.結語:障害部位の発生順序によって心拍変動と動脈圧変動が示す交感,副交感神経活動に差がある.心臓自律神経活動を制御している脳幹,脊髄にはそれぞれの部位に固有の機能があることが示唆される.
角膜神経障害に伴う有害事象の時間生物学的予防法の確立

緑内障や翼状片手術に併用されるマイトマイシンC (MMC)は、角膜神経障害の原因となる。一方、時計遺伝子の発現変化にともなうリズム障害が、薬物の副作用発現に寄与すると指摘されている。本研究では、MMCの時計遺伝子発現におよぼす影響を明らかにするとともに、体内時計の機能障害と角膜神経障害の関連を明らかにすることを目的に実験を行なった。実験には、神経保護因子を産生すると報告されている線維芽細胞を用いた。その結果、MMCはグルココルチコイド受容体の発現低下を介して線維芽細胞における体内時計機構を変化させる可能性が示唆された。角膜神経障害は、薬物の副作用や外科手術によって生じ、ドライアイや慢性疼痛といった難治性の後遺症を引き起こす。現在のところ、これら後遺症に対する有効な治療薬は未だ開発されていない。この問題を解決するために、様々な生理現象に24時間周期の時刻依存的な変化を生じさせる時計遺伝子に着目した。現在までに、体内時計を構成する遺伝子として、約20種類の時計遺伝子が同定されている。さらに近年では、体内時計の変調が、ガンや生活習慣病など様々な疾患の発症原因となることが指摘されている。本研究では、体内時計を軸に、角膜神経障害に伴う後遺症の予防法を確立することを目的に実験を行った。マウス線維芽細胞株NIH3T3に対してマイトマイシンCを暴露した結果、複数の時計遺伝子の発現量が変化し、さらにその変化は不可逆的なものであった。そこで、Per2::Lucマウス眼由来線維芽細胞における遺伝子の発現リズムをデキサメタゾンによって再構築し、Per2::Lucの発現振動におよぼすマイトマイシンCの影響について検討した。その結果、マイトマイシンCを処置したPer2::Lucマウス眼由来線維芽細胞において、Per2::Lucの発現振動の振幅の低下および周期の延長が認められた。マイトマイシンCは、緑内障手術や翼状片手術の際に用いられる薬物であるが、角膜神経障害を誘発する危険性が指摘されている。近年、線維芽細胞が末梢神経の再生において重要な役割を果たしていることが明らかになった。マイトマイシンCによる線維芽細胞のリズム障害と神経障害の関連を明らかにすることで、末梢神経再生メカニズムの解明および、末梢神経障害の新規予防法の確立につながると考えられる。本研究では、MMCの時計遺伝子発現におよぼす影響を明らかにすることを目的に実験を行なった。実験にはマウス線維芽細胞株NIH3T3を用い、mRNAの発現量をマイクロアレイまたはreal-time PCRによって測定した。NIH3T3に対して、MMC (40 μg/mL)を24時間処置し、時計遺伝子のmRNAの発現量を測定した。その結果、MMC処置群においてBmal1 mRNAの有意な発現低下が確認された。一方、Perod1、DbpおよびRev-erbαmRNAの発現量はMMC処置群において有意に上昇した。また、mRNAの発現変化をマイクロアレイによって網羅的に解析した結果、グルココルチコイド受容体の発現が3時間のMMC処置によって変化することが明らかとなった。また、3時間のMMC処置によって核内グルココルチコイド受容体の蓄積量が低下し、デキサメタゾン刺激によるPer1の発現誘導が阻害された。さらに、MMCを3時間前処置した細胞では、デキサメタゾン刺激によるPer2::Lucの発現振動が認められなかった。以上の結果から、MMCはグルココルチコイド受容体の発現低下を介して線維芽細胞における体内時計機構を変化させる可能性が示唆された。過去の報告では、神経障害を察知した線維芽細胞が、BDNF等の神経栄養因子放出することで神経保護作用を示すことが示されている。一方、BDNFの発現には概日リズムが認められ、その発現が体内時計によって制御されている可能性が示されている。すなわち、MMCによる線維芽細胞におけるリズム障害が、神経保護因子の発現変容を介して神経障害を悪化させる可能性が考えられる。1時計遺伝子の制御下にあり、かつ神経再生に寄与する遺伝子の特定が行えていない。しかしながら、マイトマイシンCがリズム障害を引き起こす原因の解明は進んでおり、今後の研究の発展に期待が持てる成果が得られている。2当初予定していたATPと神経障害の関連について検証できていない。現在までに、神経細胞自身ではなく、その周囲に存在する線維芽細胞の働きについて研究を進めている。今後はマイトマイシンCの神経細胞に対する影響について調査していく予定である。3個体レベルの検証が行えていない。昨年度は主に培養細胞を用いた実験を行なってきた。

しかしながら、眼は、前眼部(角膜・虹彩・水晶体等)、後眼部(網膜・硝子体・脈絡膜・強膜等)さらには結膜と、3次元的に複雑な構造をしているため、マウス等の個体レベルの解析が不可欠である。今後は、培養実験で得られたデータをマウスの眼を用いて検証していく予定である。時間生物学1時計遺伝子の制御下にあり、かつ神経再生に寄与する遺伝子を特定する。時計遺伝子をノックダウンした線維芽細胞およびその野生型細胞間で発現が変化する遺伝子をマイクロアレイによって抽出し、その中に神経再生に関与する遺伝子が含まれているか否か確認する。2ATPと神経障害の関連について検証する。マイトマイシンCによって細胞外ATP濃度の上昇が誘発されるか否か確認する。また、回収した細胞上清を神経細胞に添加し、その後の変化を精査する。変化が認められた場合、その変化がATP受容体の阻害剤で抑制されるか否か確認する。3個体レベルの検証を行う。マウス眼にマイトマイシンCを処置し、時計遺伝子の発現量が変化するか否か確認する。適当な価格の物品がなかったため。42円という誤差レベルの金額なので、年度末に調節する。
絶縁膜上における歪み単結晶Ｇｅの高品位形成と超高速トランジスタへの応用

本研究では、超高速トランジスタを集積回路に混載する基盤技術の創成を目指し、絶縁膜上の指定された位置に単結晶Geを高品位形成して高キャリヤ移動度を発現することを目的として研究を行った。具体的には、SiGeミキシング誘起溶融成長法による高品質GOIの形成、応力印加膜を用いた歪み制御、不純物ドーピング制御等を検討し、超高速GOIトランジスタの基盤技術を開発した。本研究では、超高速トランジスタをLSIに混載する基盤技術の創成を目指し、絶縁膜上の指定された位置に単結晶Geを高品位形成して高キャリヤ移動度を発現することを目的とする。本年度は3年計画の第1年度として、SiGeミキシング誘起溶融成長法の高度化による高品質GOI形成手法の検討を行った。SiGeミキシング誘起溶融成長プロセスで形成した絶縁膜上のGe結晶薄膜(Ge on Insulator)には、転位などのマクロな拡張欠陥は存在しないものの、空孔などが複合化した点欠陥が存在し、キャリヤ移動度を律速している。溶融成長においては、溶融Ge中に含まれる単一空孔が固化時の冷却過程において合体し、複合欠陥として安定化して残存すると考えられるので、冷却速度を速め、単一空孔が複合欠陥化する前にGe層の固化を完了する、すなわち、溶融Ge層の急速クエンチが点欠陥抑制のポイントと考えられる。そこで、試料構造及び熱処理条件を制御して冷却速度を変調し、冷却速度がGOIのキャリヤ移動度に与える効果を検討した。その結果、冷却速度の上昇に伴い、キャリヤ移動度が向上することを実証した。さらに、極めて速い冷却速度が期待される、パルスレーザ照射法を用いた急速加熱/冷却プロセスの検討を開始した。パルス照射条件と試料構造を適正化し、溶融成長を実現した。電子顕微鏡法による成長層の評価を行い、結晶性は極めて良好であることを明らかにした。本年度は3年計画の最終年度として、1絶縁膜上の半導体薄膜の歪み制御と2GOIの不純物ドーピング制御と電極形成の検討を行った。1絶縁膜上の半導体薄膜の歪み制御急速溶融法で形成したGe薄膜の格子歪みを顕微ラマン散乱分光法で評価すると共に、電子顕微鏡法を用いて結晶性を評価した。その結果、試料構造やプロセス条件の適正化により歪み率が向上することを明らかにすると共に、薄膜を細線状にパターン加工することで、結晶性が向上することを見いだした。2GOIの不純物ドーピング制御と電極形成溶融成長プロセスで形成したGOIには、転位などのマクロな拡張欠陥は存在しないものの、空孔などが複合化した点欠陥が存在する。Ge中の空孔複合欠陥は浅いアクセプタ準位を形成する為、GOIはp型伝導を示す。CMOS応用に必要なn型GOIを形成するため、リンのイオン注入によるGOIの伝導度制御を検討した。結晶中のキャリヤ密度を解析し、注入リン原子の活性化率を注入量の関数として明確化した。さらに、低抵抗電極形成のため、金属を用いた電極形成プロセスを検討し、寄生抵抗の低いオーミック電極を実現した。超高速Geトランジスタの実現を加速する基盤技術の構築である。本年度は3年計画の第2年度として、1絶縁膜上のGe結晶薄膜(Ge on Insulator: GOI)への不純物ドーピングと2GOIの歪み制御の検討を行った。溶融成長プロセスで形成したGOIには、転位などのマクロな拡張欠陥は存在しないものの、空孔などが複合化した点欠陥が存在する。CMOS応用に必要となるn型GOIの形成の為、V族元素のイオン注入法によるGOIの伝導度制御を検討し、その有効性を明らかにした。2GOIの歪み制御半導体薄膜における歪み評価法を検討した。顕微ラマン散乱分光法と電子顕微鏡法を重畳する手法を開発し、溶融成長プロセスで形成したGOIにおける歪み導入の機構を明らかにした。また、GOIの形状が歪み量に与える影響の検討を開始した。綿密な実験計画を立てて研究を推進しているので、おおむね順調に進展している。25年度が最終年度であるため、記入しない。現在までほぼ計画通りに進行しているので、特に研究計画の変更は考えていない。
北方森林流域における水溶性有機-無機複合体の生成と河川水中の形態変化

森林流域内で生成する水溶性有機物は、強い酸緩衝能力を持つとともに、土壌中の金属と有機・無機複合体を形成し河川水中に流出する。この有機-無機複合体は海藻の栄養分である鉄を含み、森林から沿岸までのエコシステムを連続的に考察する場合の重要因子である。本研究では北海道北部の森林地域を対象に、山地原頭部流域における水溶性有機物の生成状況と各種の有機-無機イオンや重金属の動態、および河川を移動する過程での溶存物質の動態に焦点を当て、水文学的調査も重ね、試験流域による定点観測と大河川を対象とした移動観測を実施した。積雪寒冷地である対象地域の森林の流域では、融雪増水期-夏期渇水期-秋季増水期-冬期渇水期といった流量の季節変動が見られる。今回の調査では、森林から生態系に必要なFeが有機・無機複合体として河川に供給されていることが明確になった。しかし、融雪期における硝酸イオン・硫酸イオンのフラッシュアウト、秋雨期のAl有機コロイドの溶出など、環境面にはマイナスである現象も見られた。富栄養化の原因となる硝酸イオンが冬期に森林土壌中に蓄積されやすいこともこの研究で確認した大きな特徴である。これは積雪のため土壌中の微生物の活動が保護されるためである。また、森林伐採・掻き起こしなどの施業が土壌の温度条件を改変し、微生物活動に影響し、硝酸化成増加をもたらす可能性、ひいては下流域にも環境変化を引き起こす可能性も示した。森林流域内で生成する水溶性有機-無機複合体の生成量や反応性は,地質や植生により大きく異なることが予想される。そこで、北海道大学天塩地方演習林(蛇紋岩、新第三紀硬質頁岩)および雨龍地方演習林(安山岩)に試験流域を設定した。さらに、植生の違いについても検討するため、同一地質内の異なる植生下(蛇紋岩:アカエゾマツ・チシマザサ;新第三紀硬質頁岩:トドマツ・ダケカンバ・クマイザサ;安山岩:アカエゾマツ・ダケカンバ・チシマザサ)で土壌水を採取している。量水堰は、天塩地方演習林の流域に関しては既設のものを使用し、新たに雨龍地方演習林の母子里地区にある424林班内の流域に三角堰を作設した。堰には圧力センサーを用いた自記記録式水位計を設置した。また、堰の付近ではウォーターサンプラーによる河川水質の連続観測もおこなっている。土壌水採取用のライシメーターは、水溶性有機-無機複合体の分子量が大きいため、ポーラスカップを使ったテンションライシメーターでは、有機-無機複合体がカップに吸着され、完全には採取できない。そこで、土壌中の自由水を主として採取するテンションフリーライシメーターを用いることにし、土壌O層およびA層直下とB層内に埋設した。なお、観測地域は寒冷積雪地域であるため、土壌水の凍結を防ぐため土壌水の貯蔵容器(リザーバー)はすべて埋設し、採取時に簡易ポンプを使って吸引採取することとした。今年度は観測初年度であり、実質的な観測は初冬より開始している。現在、厳冬期の土壌水採取をおこなっている。土壌水リザーバーを地中埋設したため、気温が-30°C以下まで低下するにも関わらず、試料は凍結することなく採取できた。採取試料はpH測定後冷蔵庫に保存し、融雪期の集中観測の試料とともに化学分析を行う予定である。北海道北部の森林流域における有機-無機複合体の生成状況について、北海道大学演習林内に地質の違いに応じていくつかの試験流域(天塩地方演習林:蛇紋岩、新第三紀硬質頁岩、雨龍地方演習林:安山岩)を設定し観測を継続した。土壌浸透水中の溶存有機態炭素濃度(DOC)は0層やA層浸透水中で高いのに対し、C層浸透水の濃度は極めて低くなっていた。AlやFeなどの金属イオンは水溶性有機体炭素と類似した挙動を示し、土壌中における難移動性イオンである両イオンの動きについては有機-無機複合体の生成が重要であることが示唆された。

なお、蛇紋岩の森林流域の土壌中ではFe濃度が下層浸透水中でも高く、土壌還元によるFeの溶出も考えられた。河川水中のDOC濃度は、渇水期で低いのに対し、降雨時や融雪時などの増水期に濃度の上昇する傾向が見られた。濃度上昇の程度は透水係数の小さい蛇紋岩流域の森林で最も高く、透水係数の高い新第三紀硬質頁岩の流域で低かった(安山岩流域は両流域の中間であった)。このことより、流域土壌の透水性が低いほど降雨や融雪水が土壌深部に浸透しにくく、DOC濃度の高い土壌表層部で横方向の移動流を生じ河川に直接流入する機構が考えられた。河川水中のFeやAl濃度もDOCと同様の傾向を示し、河川水中の有機-無機複合体は土壌表層で生成された物質の直接流入により生ずることがわかった。安山岩流域において融雪期の集中観測をおこなったところ、河川水中のDOC、Fe、Al濃度は融雪期に上昇するが、濃度のピークは流量ピークよりも早い時期に出現し、冬季間土壌表層で生成された有機-無機複合体が融雪初期に融雪水により河川水に押し出される機構の存在が推定された。森林流域内で生成する水溶性有機物は、強い酸緩衝能力を持つとともに、土壌中の金属と有機-無機複合体を形成し河川水中に流出する。この有機・無機複合体は海藻の栄養分である鉄を含み、森林から沿岸までのエコシステムを連続的に考察する場合の重要因子である。本研究では北海道北部の森林地域を対象に、山地原頭部流域における水溶性有機物の生成状況と各種の有機-無機イオンや重金属の動態、および河川を移動する過程での溶存物質の動態に焦点を当て、水文学的調査も重ね、試験流域による定点観測と大河川を対象とした移動観測を実施した。積雪寒冷地である対象地域の森林の流域では、融雪増水期-夏期渇水期-秋季増水期-冬期渇水期といった流量の季節変動が見られる。今回の調査では、森林から生態系に必要なFeが有機・無機複合体として河川に供給されていることが明確になった。しかし、融雪期における硝酸イオン・硫酸イオンのフラッシュアウト、秋雨期のAl有機コロイドの溶出など、環境面にはマイナスである現象も見られた。富栄養化の原因となる硝酸イオンが冬期に森林土壌中に蓄積されやすいこともこの研究で確認した大きな特徴である。これは積雪のため土壌中の微生物の活動が保護されるためである。また、森林伐採・掻き起こしなどの施業が土壌の温度条件を改変し、微生物活動に影響し、硝酸化成増加をもたらす可能性、ひいては下流域にも環境変化を引き起こす可能性も示した。
生理活性物質ウロテンシンIIの全身麻酔および睡眠への関与

ラット大脳皮質標本でのウロテンシンII(UII)のノルアドレナリン(NA)放出に対する静脈麻酔薬であるベンゾジアゼピンのミダゾラム、ジアゼパム、フルニトラゼパムの抑制効果を検討した。各ベンゾジアゼピンは、濃度依存的にUII誘発性ノルアドレナリン放出を抑制し、IC_<50>はミダゾラム0.32μM、ジアゼパム187μM、フルニトラゼパム40μMであった。また、最大抑制度は、ミダゾラム48.6%、ジアゼパム66.7%、フルニトラゼパム38.0%であった。つまり、臨床濃度で有意な抑制を来たすのはミダゾラムだけであり、抑制度も強力とは言え無かった。次に、ミダゾラムに関してこの反応が、UT受容体またはGABA_A受容体のベンゾジアゼピン結合部位を介するものかどうかを検討した。HEK293-rUT細胞を用いた検討では、UIIによる細胞内Ca濃度上昇を、ミダゾラムは全く抑制しなかった。しかい大脳皮質スライス標本でのUII誘発性ノルアドレナリン放出のミダゾラムによる抑制は、フルマゼニルにより部分的に抑制された。よってこの反応は、UT受容体を介さず、GABA_A受容体のベンゾジアゼピン結合部位を、一部介する反応であることがわかった。実際のミダゾラムによる麻酔時間を、UIIを脳室内に投与して変化するかどうか検討した。しかし、UIIによりミダゾラムによる麻酔時間は有意には短縮せず、UIIは覚醒を促す生理活性物質ではあるものの、全身麻酔時間を短縮するほど強い生理活性物質ではないことが分った。1.ラット大脳皮質標本でのウロテンシンIIのノルアドレナリン放出に及ぼす効果ウロテンシンIIは、インキュベーション時間に応じてノルアドレナリン放出を増加させた。インキュベーション開始4分後から放出が増えはじめ、10分後にノルアドレナリン放出量は最大となった。また、ウロテンシンIIによるノルアドレナリンの放出は、濃度依存的であり10^<-8>M付近で放出は最大となった。濃度反応曲線から求めた基礎ノルアドレナリン放出量に対する最大放出比(基礎放出=100%)とその-log50%増加濃度は、各々138±2%と8.78±0.17(1.65nM)であった。2.UIIのHEK293-UII細胞内Ca濃度に及ぼす効果HEK293-UII細胞内Ca濃度はウロテンシンIIの濃度依存的に増加し、濃度反応曲線から求めた最大放出量とその-log50%増加濃度は各々138.0±2.1%、8.78±0.17(1.65nM)であった。1、2の実験結果から、-log50%放出濃度がほぼ同様の値を示し、またウロテンシンIIとUT受容体との反応に関した過去の文献値ともほぼ等しい値であったことから、大脳皮質スライスからのウロテンシンIIによるノルアドレナリン放出は、UT受容体を介した反応である可能性が高い。しかし、ノルアドレナリンの放出は大きなものではなかった。1.ラット大脳皮質標本でのウロテンシンIIの各種神経伝達物質放出に及ぼす効果:ウロテンシンIIは、インキュベーション時間に応じてノルアドレナリンだけでなくドーパミン、セロトニン、ヒスタミンの放出を増加させた。グルタメートの放出も促進したがUIIを高濃度要した。濃度反応曲線から求めた基礎神経伝達物質放出量に対する最大放出比(基礎放出=100%)とその-log50%増加濃度は、ノルアドレナリンで138±2%と8.78±0.17(1.65nM)、ドーパミンで115.5±2.4と8.46±0.51(3.49nM)、セロトニンで142.0±5.0と8.56±0.36(2.79nM)、ヒスタミンで125.2±2.4と8.72±0.31(1.92nM)であった。2.ラット大脳皮質標本でのウロテンシンIIのノルアドレナリン放出に対するウロテンシンII(UT)受容体拮抗薬UFP-803の効果:ウロテンシンII(10^<-8>M)によるノルアドレナリン放出に対し、UFP-803は濃度依存的にそれを抑制し、濃度反応曲線から求めた最大抑制比(最大抑制=100%)とその-log50%抑制濃度は、各々72.5±8.4%、8.13±0.26(6.91nM)であった。また、このデータをもとに求めたpKBは8.98であった。3.ウロテンシンIIのHEK293-UII細胞内Ca濃度に対するUT受容体拮抗薬UFP-803の効果:ウロテンシンII(10^<-8>M)によるHEK293-UII細胞内Ca濃度増加に対し、UFP-803は濃度依存的にそれを抑制し、濃度反応曲線から求めた最大抑制比(最大抑制=100%)とその-log50%抑制濃度は、各々97.6±3.8%、8.29±0.12(7.41nM)であった。また、このデータをもとに求めたpKBは8.87であった。

1-3の実験結果から、-log50%抑制濃度がほぼ同様の値を示し、またpKBも昨年の報告書に示したPEC_<50>と類似の値であったことから、大脳皮質スライスからのウロテンシンIIによる各種覚醒系の神経伝達物質放出は、UT受容体を介した反応であると考えられた。ラット大脳皮質標本でのウロテンシンII(UII)のノルアドレナリン(NA)放出に対する静脈麻酔薬であるベンゾジアゼピンのミダゾラム、ジアゼパム、フルニトラゼパムの抑制効果を検討した。各ベンゾジアゼピンは、濃度依存的にUII誘発性ノルアドレナリン放出を抑制し、IC_<50>はミダゾラム0.32μM、ジアゼパム187μM、フルニトラゼパム40μMであった。また、最大抑制度は、ミダゾラム48.6%、ジアゼパム66.7%、フルニトラゼパム38.0%であった。つまり、臨床濃度で有意な抑制を来たすのはミダゾラムだけであり、抑制度も強力とは言え無かった。次に、ミダゾラムに関してこの反応が、UT受容体またはGABA_A受容体のベンゾジアゼピン結合部位を介するものかどうかを検討した。HEK293-rUT細胞を用いた検討では、UIIによる細胞内Ca濃度上昇を、ミダゾラムは全く抑制しなかった。しかい大脳皮質スライス標本でのUII誘発性ノルアドレナリン放出のミダゾラムによる抑制は、フルマゼニルにより部分的に抑制された。よってこの反応は、UT受容体を介さず、GABA_A受容体のベンゾジアゼピン結合部位を、一部介する反応であることがわかった。実際のミダゾラムによる麻酔時間を、UIIを脳室内に投与して変化するかどうか検討した。しかし、UIIによりミダゾラムによる麻酔時間は有意には短縮せず、UIIは覚醒を促す生理活性物質ではあるものの、全身麻酔時間を短縮するほど強い生理活性物質ではないことが分った。