hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
ヒトの歩行動作における制御機構の解明

歩行における筋や関節の協調に着目してこれまで研究を進めてきた。筋および関節間の協調は筋シナジーと運動学シナジーを調べることにより定量的解析が可能である。本研究は歩行中の筋シナジーおよび運動学シナジーにおける活動パターンの特性を明らかにすることを目的としている。具体的には、以下の2点について本年度は明らかにした。1歩行速度の変化にともなう筋シナジーの活動度における安定性筋シナジーの活動度における最大リアプノフ指数と最大フロケ乗数を算出することにより、筋シナジーの活動度における安定性を定量した。実験では様々な歩行速度で歩行中の表面筋電図(下肢12筋)を計測した。表面筋電図から非負値行列因子分解によって筋シナジーを抽出し、筋シナジーの活動度における最大リアプノフ指数と最大フロケ乗数を算出した。解析の結果、筋シナジーの活動度における発散性は歩行速度の上昇に伴い増加するが、周期性は安定的に保たれることが明らかとなった。この研究成果に関して、国際会議において口頭発表を行い、国際誌に採択された。2非最適な歩行における運動学シナジーの時間協調における安定性様々なストライド長とストライド時間の組み合わせで歩行している際の運動学シナジーを抽出し、運動学シナジーの時間協調における最大リアプノフ指数を算出した。被験者は3種類の歩行速度を5種類のストライド長で歩行した。歩行中のセグメントの仰角データに特異値分解を施し、運動学シナジーを抽出した。解析の結果、時間協調の発散性は、著しい小股と高速度帯において高いことが明らかとなった。この成果は国際会議にて発表され、Student travel awardを受賞した。さらに、国際誌に研究成果が採録された。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本年度は、歩行速度に依存した筋シナジーの変化と、筋シナジーの活動度における不安定性に着目して研究をすすめた。歩行の運動学的性質はどのような歩行速度を出力するかによって大きく異なるため、歩行速度の制御の観点から研究を行うことは重要である。そこで、歩行速度の変化に伴う出力の変化と筋シナジーの関係を調べた。まずは、歩行速度の制御は筋シナジーを変化させることで達成しているのではないかと予想し研究をすすめた。そして、筋シナジーは歩行速度の上昇にともないモジュール数が増加することと、関節角加速度のばらつきの変化が筋シナジーの関連していることを明らかにした。これは、歩行速度の制御は筋シナジーを変化させることで達成していることを示唆している。この研究成果をさらに発展させるために、歩行速度に依存した筋シナジーの活動度における不安定性を最大リアプノフ指数を用いて評価した。最大リアプノフ指数は、時間遅れ座標系におけるアトラクタの軌道間距離が発散するのか、または収束するのかを調べることにより、不安定性を評価する。最大リアプノフ指数を用いて筋シナジーの活動度における不安定性を調べた結果、歩行速度の上昇にともない筋シナジーの活動度における不安定性が増加していくことが明らかとなった。この研究成果は、日本体育学会第67回大会において発表された。また、筋シナジーの機能ごとに不安定性の変化が異なり、接地時に衝撃を吸収する機能をもつ筋シナジーの不安定性は線形に増加する一方、推進力発生や、遊脚を減速させる機能をもつ筋シナジーの不安定性は、低速度(2km/h)から中程度の歩行速度(56km/h)までは変化が少なく、高速度帯(6km/h8km/h)で急速に不安定となることを明らかにした。この研究成果は、第24回日本バイオメカニクス学会大会およびNeuroscience 2016において発表された。本年度は、筋シナジーの活動度の不安定性を最大リアプノフ指数によって明らかにしたうえで、その研究成果を国内学会および国際学会にて発表することを計画していた。本年度の上半期において、筋シナジーの活動度における最大リアプノフ指数の解析に成功し、歩行速度に依存した筋シナジーの活動度における不安定性を明らかにした。また、筋シナジーの機能ごとに不安定性の変化が異なるという研究成果は、第24回日本バイオメカニクス学会大会およびNeuroscience 2016において発表された。本年度では、筋シナジーの活動度における不安定性を最大リアプノフ指数により定量化することが主要な課題であり、これを計画通り遂行できたため、研究はおおむね順調に進展しているという評価をつけた。また、本年度はコンピュータシミュレーションにより、筋シナジーに基づく歩行の制御を調べることを計画していた。現在は、解析に最適なモデルを検討している段階であり、おおむね順調に進展している。柔軟な歩行を達成するには全身の関節や筋を協調させることが必要不可欠であるため、歩行における筋や関節の協調に着目してこれまで研究を進めてきた。筋や関節における協調を定量する手法として、筋における協調を示す筋シナジーと、関節における協調を示す運動学シナジーが用いられている。筋電図データから筋シナジーを抽出することによって、荷重応答、地面の蹴りだし、遊脚の加減速といった、歩行タスクと関連した、いくつかの筋どうしの同期的な活動パターンが定量される。また、同期的に駆動する関節の組とその活動パターンも運動学シナジーとして、関節角度データから抽出されている今年度は、筋シナジーおよび運動学シナジーの活動パターンの特性を検証した。

まず、歩行速度に依存した筋シナジーの活動パターンの変化を検証し、筋シナジーの活動パターンにおける活動中心は、歩行速度の変化に伴いシフトすることを明らかにした。この研究成果は、国際誌に掲載された。次に、歩行速度に依存した筋シナジーの活動度における発散性と周期性の変化を検証し、筋シナジーの活動度における発散性は歩行速度の上昇に伴い増加するが、周期性は安定的に保たれることが明らかとなった。この研究成果に関して、国際会議において口頭発表を行い、国際誌に投稿した。また、この解析手法を応用し、高齢者と若齢者の歩行の安定性を、最大リアプノフ指数に基づき比較した。この研究成果は、国内雑誌の特集にて発表された。最後に、非最適な歩行における運動学シナジーの時間パターンにおける発散性を検証し、著しい小股と高速度帯において時間パターンの発散性が高いことが明らかとなった。この研究成果に関して国内会議にて口頭発表を行い、若手奨励最優秀賞を受賞した。また、平成30年度の国際会議でも口頭発表を行う予定であり(採択済)、その国際会議におけるStudent travelawardを受賞した。平成29年度は、歩行速度に依存した筋シナジーの活動パターンの変化に関する研究成果を国際誌にて発表することと、非最適な歩行における運動学シナジーの時間パターンにおける安定性に関する研究成果を学会にて報告することを目指していた。この2点について達成されたため、おおむね順調に進展していると評価した。歩行における筋や関節の協調に着目してこれまで研究を進めてきた。筋および関節間の協調は筋シナジーと運動学シナジーを調べることにより定量的解析が可能である。本研究は歩行中の筋シナジーおよび運動学シナジーにおける活動パターンの特性を明らかにすることを目的としている。具体的には、以下の2点について本年度は明らかにした。1歩行速度の変化にともなう筋シナジーの活動度における安定性筋シナジーの活動度における最大リアプノフ指数と最大フロケ乗数を算出することにより、筋シナジーの活動度における安定性を定量した。実験では様々な歩行速度で歩行中の表面筋電図(下肢12筋)を計測した。表面筋電図から非負値行列因子分解によって筋シナジーを抽出し、筋シナジーの活動度における最大リアプノフ指数と最大フロケ乗数を算出した。解析の結果、筋シナジーの活動度における発散性は歩行速度の上昇に伴い増加するが、周期性は安定的に保たれることが明らかとなった。この研究成果に関して、国際会議において口頭発表を行い、国際誌に採択された。2非最適な歩行における運動学シナジーの時間協調における安定性様々なストライド長とストライド時間の組み合わせで歩行している際の運動学シナジーを抽出し、運動学シナジーの時間協調における最大リアプノフ指数を算出した。被験者は3種類の歩行速度を5種類のストライド長で歩行した。歩行中のセグメントの仰角データに特異値分解を施し、運動学シナジーを抽出した。解析の結果、時間協調の発散性は、著しい小股と高速度帯において高いことが明らかとなった。この成果は国際会議にて発表され、Student travel awardを受賞した。
血中脂肪酸濃度を利用した新しい２型糖尿病診療の試行とその有効性の検証

糖尿病患者の血糖値の上昇は腹腔内の内臓脂肪の増加が関係している。内臓脂肪量はCT検査でおおよその量を測定することができるが、被爆の問題があり頻回に測定することは困難である。本研究では、血中のパルミトレイン酸濃度とパルミチン酸濃度(いずれも脂肪酸)の比を求めることにより、内臓脂肪量を推定できる可能性があることを示した。この指標を用いて、食事療法・運動療法・薬物療法を行うことを今後検討していく。2型糖尿病患者の血中脂肪酸濃度(24種類)を通常診療下で測定した。その結果、先行研究で我々が見いだしていたパルミトレイン酸/パルミチン酸濃度比が内臓脂肪面積と強い相関関係を認めることを再確認できたが、詳細に検討すると、脂肪肝(肝臓への脂肪蓄積状態)を指摘されていない症例では上記の相関関係が強い一方で、脂肪肝を認める症例では相関関係が明らかに弱くなる傾向を認め、興味深いことにパルミトレイン酸濃度自体と内臓脂肪面積の相関関係が強くなった。脂肪肝合併2型糖尿病患者に限ってフィブロスキャンで測定した肝脂肪量と血中脂肪酸濃度の関係を検討すると、パルミトレイン酸/パルミチン酸濃度比、ベヘニン酸/アラキジン酸濃度比、パルミトレイン酸濃度との相関関係を認めた。2型糖尿病患者の血糖値上昇に深く関係する脂肪蓄積(内臓脂肪面積は腹腔内の腸間膜への脂肪蓄積、脂肪肝は肝臓への脂肪蓄積を示す)が血中脂肪酸濃度と関係することが明らかとなった。現在、経時的変化のデータを収集中であるが、その一環として2型糖尿病の治療のために入院した患者において入院時と退院時の血中脂肪酸濃度のデータも収集中である。特に入院中に糖尿病治療薬の変更をあまりせず、食事療法や運動療法により血糖コントロールが改善した症例を解析することによって、12週間の短期間ではあるが、食事内容の変化と血中脂肪酸濃度の変化の関係が明らかになると推測している。2型糖尿病患者の血中脂肪酸濃度(24種類)を測定すると、脂肪肝を指摘されていない症例ではパルミトレイン酸/パルミチン酸濃度比が内臓脂肪面積と強い相関を認める一方で、脂肪肝を認める症例では相関関係が弱くなり、パルミトレイン酸濃度自体と内臓脂肪面積の相関関係が強くなった。脂肪肝合併2型糖尿病患者に限ってフィブロスキャンで測定した肝脂肪量との関係を検討すると、パルミトレイン酸濃度、パルミトレイン酸/パルミチン酸濃度比、ベヘニン酸/アラキジン酸濃度比との相関関係を認めた。内因性の長鎖脂肪酸合成経路においてパルミチン酸はステアリン酸になるのがメインの経路である。脂肪蓄積状態では、本来は小さな側副路であるはずのパルミチン酸からパルミトレイン酸への流れが増えている様に見える。現在、2型糖尿病を含む生活習慣病患者20名について、血中脂肪酸分画を経時的に測定し、インピーダンス法を用いた体組成、各種血液データ(血糖値、HbA1c、脂質、コリンエステラーゼなど)との関係に検討していく予定である。体組成をみると12ヶ月毎の受診の間で、体脂肪量や筋肉量の変化が予想していたより大きいこと(0.51.0kg程度の変化)がわかった。変化のある症例のほとんどは食事や運動などの生活習慣に何らかの変化(がんばって運動をした、冬寒くて外にでなかった、お正月で食べ過ぎたなど)があった。血中脂肪酸濃度から導かれる脂肪蓄積マーカーとの関係を今後検討していく。外来定期通院中の2型糖尿病患者18名に対して通常診療下で全脂質中脂肪酸分画(24種類の脂肪酸濃度)を測定した。通院間隔は48週間毎であり、研究期間は1218ヶ月であった。パルミトレイン酸濃度をパルミチン酸濃度で割った値(以下、SCD-1(16)index)は、食後(随時)採血にもかかわらず、同一患者においては測定日毎に乱高下することはなく、安定した値を示していた。上昇または低下する場合でも経時的に一定の方向性を示すことがほとんどであった。SCD-1(16)indexと最も相関関係が認められたのは高精度体組成計(インピーダンス法)で測定された体幹部(腹部)脂肪量であった。また、AST・γ-GTPとの相関が認められる症例も多かった。同一個人で測定された上記の腹部脂肪量の経時的変化は内臓脂肪量の変化を反映していると考えられる。実際、本研究では腹部脂肪量とHbA1cに正の相関関係が認められ、内臓脂肪の増加が耐糖能の悪化に関与していることが示唆された。SCD-1(16)indexが腹部脂肪量と相関が認められたことは内臓脂肪量を反映する指標になる可能性がある。また、今回の研究では通常診療下での有用性を検討するため、食後の随時採血であり、食後から採血までの時間も30分4時間とばらつきがあったにもかかわらず、SCD-1(16)indexは一定した値を示し、十分に経時的変化を評価することができた。対照的に、ひとつひとつの脂肪酸濃度(パルミチン酸など)や総脂肪酸濃度(24種の脂肪酸濃度の総和)は明らかに測定毎の変動が大きく、それらは血中中性脂肪濃度と強い相関があり、食事内容や食事から採血までの時間に影響を受けており、体内の定常的な代謝状態を評価するには不適切であるとわかった。SCD-1(16)indexが2型糖尿病患者の内臓脂肪量の推定に役立つ可能性が示唆された。

糖尿病患者の血糖値の上昇は腹腔内の内臓脂肪の増加が関係している。内臓脂肪量はCT検査でおおよその量を測定することができるが、被爆の問題があり頻回に測定することは困難である。本研究では、血中のパルミトレイン酸濃度とパルミチン酸濃度(いずれも脂肪酸)の比を求めることにより、内臓脂肪量を推定できる可能性があることを示した。この指標を用いて、食事療法・運動療法・薬物療法を行うことを今後検討していく。外来での研究の症例エントリーは順調に増えている。データ収集も順調に行えている。糖尿病学高精度体組成計で測定した筋肉量・脂肪量(上肢・下肢・体幹の部位別でも測定可能)が12ヶ月のスパンでも変化することが判明したので、脂肪酸濃度と体組成の関係について特に注目して行く予定である。食事や運動習慣を見ていると、季節の要因(秋は果物摂取が多い、冬は運動が少ない、春は運動をしようとする、など)がはっきりしている症例が多いので、1年目のデータを元に2年目は事前に生活習慣指導をすることを考えている。全体の計画としてはおおむね計画通りに進んでいるが、唯一、外来での2型糖尿病患者の研究へのエントリーは想定よりは若干遅れている。これは、当初の予定ではすべての2型糖尿病患者を対象としての研究を考えていたが、予備研究や入院患者でのデータの検討結果を踏まえ、研究対象を脂肪蓄積を伴う症例にフォーカスすることが最終的な研究目的の達成を考えると望ましいと考えられたため、対象症例を若干絞ったことに起因するものであり、今後症例数を増やしていくことは可能と考える。現在の研究の症例数を増やしつつ、データを解析していく。本年4月にSGLT-2阻害薬という新しい経口血糖降下薬が発売された。100g程度のグルコースを尿中に排泄させることにより、血糖値を低下させることができる。メカニズム的には体に蓄積した脂肪を減少させることが期待できるため、本剤を使用している患者の血中脂肪酸濃度の測定を計画していく。
ミトコンドリア遺伝子疾患モデルとしてのmtDNAノックアウトマウスの樹立と応用

人工的に突然変異を生じさせた遺伝子を核DNAに導入する技術が開発され、さらにこれを応用して、トランスジェニックマウスやノックアウトマウスを作製することにより核DNAに存在する遺伝子の研究は飛躍的進歩を遂げつつある。これに対し核外ゲノムであるmtDNAに関しては、従来の方法ではDNAを核には導入できてもミトコンドリアには導入することができないため、特に哺乳類においては下記のような基礎的な遺伝学的情報すらこれまで皆無に近い状況であった。(1)mtDNAの突然変異が各組織にどのように分配されるのか、(2)それは次の世代へどのように伝達されるのか、(3)生命現象に与える影響はどのようなものか、(4)さらにmtDNA間で組み換えは起こるのか、(5)ミトコンドリア間に物資交換や相互作用は存在するか。申請者らは、ごく最近、マウスの体細胞に微量に存在した突然変異mtDNAを大量に持つ細胞株を樹立し、更にそのミトコンドリアをマウスの受精卵に導入することにより、世界で初めて突然変異mtDNA導入マウス(ミトマウス)の樹立に成功した。この成果は2000年10月号のNature Genetics誌にArticleとして掲載され国際的にも大きな反響を呼んだ。これは本申請の最終目的でもあり、最終年度に間に合わせることができた。今年度、このミトマウスを用いることにより、(5)ミトコンドリア間に物費交換や相互作用は存在するか、という問題に明確な解答を得ることができた。それはミトコンドリア間には相互作用が存在し、そのことにより突然変異型の蓄積による呼吸欠損の発生を最大限防いでいるという重大な発見で、この論文は2001年7月号のNature Medicine誌と2001年9月号のNature Genetics誌に掲載され、ミトコンドリア研究者の間で大きな反響を呼んだ。(1)申請者らは世界で初めてマウスのmtDNA欠損細胞(p^0細胞)の樹立に成功し、今年度はこの細胞にマウスの脳神経系のmtDNAを導入する実験系を確立した(Ito,S.,et al.Biochem.Biophys.Res.Commun.1998)。この過程で、脳のmtDNAはマウスの死後30日たっても、p^0細胞の中に導入するとその複製と遺伝子発現が回復することが認められ、その後更に実際に老化したヒトの脳に応用できることも明らかになり、その成果は近日中に公表できる見込みである(Ito,S,et al,Proc Natl Acad Sci USA,1999,in press).(2)ヒトの老化にともなう線維芽細胞の呼吸機能低下の原因は、ミトコンドリア翻訳にかかわる核コードの因子の劣性突然変異によることを、核移植の実験によって突き止めた(Isobe,K.,etal.J,Biol.Chem.,1998).(3)ごく最近当初の目的である人工的に突然変異を導入したマウスmtDNA含むシャトルベクターの作製に成功し、このベクターのミトコンドリアへ導入法等の確立に全力をあげているところである.(4) mtDNA突然変異の病原性と発病の機構の解明および治療薬のスクリーニングには、ミトコンドリアノックアウトによるミトコンドリア疾患モデルマウスの確立が極めて有効である.しかしながら技術的な障害により、未だ成功した報告はない.このような状況の中で、申請者らはマウスのp^0細胞に病原性突然変異を持つmtDNAの導入することのみならず、導入したmtDNAを更にマウスの受精卵に導入することにも成功し、本申請の主要な目的である“mtDNAノックアウトマウスの作製"を実現できる見通しがでてきた.

(5)様々なヒトの病原性突然変異mtDNAを導入したHeLa細胞を使って、ミトコンドリアでこれまで考えられてきた常識を覆えず事実、すなわち“細胞内のミトコンドリアは機能的には単一である"という新しい仮説を提唱し、遺伝学の基礎的分野にも大きく貢献することができた(Takai.D.,etal.J.Biol.Chem.,1999,in press).(1)mtDNAノックアウトマウスの樹立にほぼ成功し、論文を投稿中である。この論文に関しては、最近査読者から極めて好意的なコメントをもらい、現在それに基づき修正中である。またこのマウスの作製と病態モデルとして利用に関し、特許の準備中である。特許の出願に関しては、すでに筑波大学の発明委員会の許可が得られ、筑波リエゾン研究所を通して出願手続中である。(2)生きている細胞内のミトコンドリア間に相互作用がありmtDNAとその産物がミトコンドリア間で交換できることを発見した。このことにより、酸化的ストレスの激しいミトコンドリア内に存在するmtDNAに突然変異が蓄積しても、直ちにエネルギー欠損にならないことが明らかになった。(3)実際にアルツハイマー病で亡くなった老化したヒトの脳の剖検検体からミトコンドリアをmtDNA欠損細胞に導入してその機能を調べた所,エネルギー産生に関して何も問題のないことが明らかになり、この現象は上記の相互作用の存在により説明できることを明らかにした。これまで、運動に伴ってミトコンドリア内に大量に生じる酸化的ストレスにより、mtDNAの破壊や突然変異が誘導されることから、激しい運動を続けることは健康にとって好ましくないという仮説が提唱され、この仮説は現在も議論の対象となっている。今回の結果は、仮に変異が蓄積されても、少なくともmtDNAの相互作用により、核DNAの場合の論理で推察されるような好ましくない結果は生じないことが明らかになった。ミトコンドリアは酸素呼吸によって糖を分解し莫大なエネルギー生産するが、その代償として同時に激しい酸化的ストレスも発生するため、mtDNAは常に破壊や突然変異の脅威にさらされ続けることになる。その結果、母親から突然変異をもつmtDNAをもらわなくても、受精が完了し生命のスタートと同時に、われわれのからだのmtDNA集団はランダムに突然変異を蓄積し始め、その量がある一定の値を超えてしまうと、それが原因でやがてこのこのエネルギー生産にも支障が来され、加齢とともにATP合成能力低下の原因になる。つまり老化もミトコンドリアが犯人だと多くの研究者が考えるのは当然だろう。でも本当にそうだろうか?そこで本プロジェクトでは、我々が樹立したヒトmtDNA欠損細胞を用いたmtDNA導入系を活用することにより、ミトコンドリア遺伝子疾患を引き起こしたものと全く同じmtDNA突然変異が、老化や糖尿病などの多様な症状を引き起こすかどうかを調べ、両者の因果関係を直接立証することを試みた。ごく最近樹立したマウスmtDNA損細胞を利用することにより、ヒトと同じmtDNA突然変異を持つマウスの作製に成功し、この論文は、Nature Geneticsの2000年10月号に掲載され、マスコミの注目も集めた。これらの病態モデル動物は今後更に、ミトコンドリア遺伝子疾患、老化、糖尿病に限らず、mtDNA突然変異が起こす多様な臨床症状に対する有効な治療方法の手がかりを得上で有効に活用できるものと期待されている。
軽量構造材の高速曲げ加工に関する研究

アルミニウム合金平板のプレス曲げ加工実験において以下のことが分かった。1.加工荷重は、被加工材の降伏応力と対応するが、潤滑の状態により大きく変化する。2.曲げ加工限界は、アルミニウム合金の種類により大きく変化し、質別が同じ程度の同一合金であれば、圧延材と押出し材とで差異がない。3.同一条件の曲げ加工でも被加工材断面内の変形により、中立面位置が合金の種類により大きく変化し、製品に発生した長手方向ひずみも慣用の曲げひずみ式の値から大きくずれていた。4.曲げ半径が大きい場合は、被加工材の破断伸びと加工限界は対応するが、曲げ半径が板厚の半分以下の場合は、合金の種類により変形様式が異なり破断伸びと加工限界との対応がない。押出し形材のプレス曲げ実験結果と動的陽解法有限要素解析結果との比較検討により、以下のことが分かった。1.割れが発生するのは、曲率が最大になる対称面であり、しわは、工具と接触している部分近傍にある自由面に発生する。2.しわの発生する部分は、長手方向応力が圧縮から0へと変化する部分である。3.故に、加工中の被加工材が変形している部分の長手方向応力が圧縮から0へと変化することがない曲げ加工が、しわの発生が少ない加工方法である。15EA10:4.プレス曲げにおいて、ポンチとダイスが被加工材に接触する部分近傍の自由曲面を中子などで拘束すればしわの発生が防ぐことができる。
十字形鉄骨を内蔵したCES造柱梁接合部の応力伝達機構

本課題では、鉄骨と繊維補強コンクリートのみで構成されるCES構造における柱梁接合部、その設計手法を構築することを目的としている。H28年度は、設計手法の確立に向けて現状での課題の分析を行い,実験によって明らかにすべき構造性能を抽出した。分析を踏まえCES造柱梁接合部の構造因子が接合部のせん断強度に及ぼす影響を明らかにすることを念頭におき静的加力実験を計画した。CES造柱梁接合部試験体は、梁曲げ降伏型試験体1体、接合部パネルせん断破壊型試験体が4体の計5体である。基本的に柱および接合部パネルの内蔵鉄骨はこれまでの研究で扱っていなかった十字形鉄骨を内蔵した断面形状を用いるが、接合部パネルせん断破壊型は、接合部パネルにおける鉄骨形状による影響を明らかにするために、直交方向H形鉄骨のフランジを省略した試験体、直交方向H形鉄骨を省略してH形鉄骨とした試験体が含まれる。H29年度は、実験計画に沿ってCES柱梁接合部の静的加力実験を実施した。実験結果より、弱軸鉄骨フランジは、せん断降伏耐力計算値の7割ほどのせん断力を負担していること、弱軸フランジ外側のコンクリートの負担せん断力は比較的小さいこと、鉄骨により縦横囲まれたコンクリート部分については、弱軸鉄骨ウェブによってコンクリートが2つの領域に分けられた断面をもつ場合は、分けられていない断面に比べて若干負担せん断力が小さいことなど、内蔵鉄骨形状の違いが強度特性に及ぼす影響を把握することができた。H30年度において実験結果の分析とともに,接合部のせん断強度の評価手法について検討を行った。具体的には、コンクリートパネルの圧縮ストラットに基づくせん断強度評価手法を提案した。既往の評価手法と異なり内蔵鉄骨等の断面形状を考慮することができ、若干ではあるが評価精度が向上することを示した。本課題では、鉄骨と繊維補強コンクリートのみで構成されるCES構造における柱梁接合部、その設計手法を構築することを目的として、以下の研究に取り組む。特に、これまでの研究で扱っていなかった十字形鉄骨を内蔵した柱梁接合部を対象としている。(1) CES柱梁接合部の強度、変形性能、損傷と変形の関係を実験的に明らかにする。(2) CES造接合部のせん断強度式の改善を目指し、FEM解析により実験結果をシミュレートすることにより、解析モデルの有効性を確認し、各種構造因子がCES造接合部の強度および応力伝達メカニズムに及ぼす影響を明らかにする。(3)上記の分析結果に基づき、CES柱梁接合部の構造性能評価手法を構築する。本課題は、追加採択によりH28年度(1年目)10月より開始することになったため、当初の計画を若干変更し実施することとした。当初の予定では、1年目と2年目に実験を計画していたが、2年目のみ実施する計画とした。また、実験変数の再検討により、5体の試験体を用いて実験を実施する。したがって、H28年度の活動内容は、主に構造実験の実施計画の立案である。CES柱梁接合部試験体は梁曲げ降伏型試験体1体、接合部パネルせん断破壊型試験体が4体の計5体である。基本的に柱および接合部パネルの内蔵鉄骨は十字形鉄骨を用いるが、接合部パネルせん断破壊型は、接合部パネルにおける鉄骨形状による影響を明らかにするために、直交方向H形鉄骨のフランジを省略した試験体、直交方向H形鉄骨を省略してH形鉄骨とした試験体が含まれる。これらの試験体を用いた静的加力実験を実施することにより、CES柱梁接合部の強度、変形性能、損傷と変形の関係を比較分析し、柱梁接合部パネルの構造性能に内蔵鉄骨形状が及ぼす影響が明らかになるように計画を行った。追加採択のため研究機関が半年短縮されたことから、実験計画を若干変更し、実施することした。現在は、実験計画および試験体製作を終えていることから本課題は順調に進展していると判断する。H29年度はCES造柱梁接合部の構造因子が接合部のせん断強度に及ぼす影響を明らかにすることを課題として、静的加力実験を実施した。

なお、これらの構造実験による成果は、2018年度日本コンクリート工学会年次大会(査読中)および2018年度日本建築学会大会で発表予定である。当初予定の構造実験を遂行し、内蔵鉄骨形状の違いが強度特性に及ぼす影響を実験により把握することができた。現在は接合部パネルのせん断強度評価式の提案について検討を進めているとともに、FEM解析によるシミュレーション解析に着手していることから、本課題は順調に進展していると判断する。本課題では、鉄骨と繊維補強コンクリートのみで構成されるCES構造における柱梁接合部、その設計手法を構築することを目的としている。H28年度は、設計手法の確立に向けて現状での課題の分析を行い,実験によって明らかにすべき構造性能を抽出した。分析を踏まえCES造柱梁接合部の構造因子が接合部のせん断強度に及ぼす影響を明らかにすることを念頭におき静的加力実験を計画した。CES造柱梁接合部試験体は、梁曲げ降伏型試験体1体、接合部パネルせん断破壊型試験体が4体の計5体である。基本的に柱および接合部パネルの内蔵鉄骨はこれまでの研究で扱っていなかった十字形鉄骨を内蔵した断面形状を用いるが、接合部パネルせん断破壊型は、接合部パネルにおける鉄骨形状による影響を明らかにするために、直交方向H形鉄骨のフランジを省略した試験体、直交方向H形鉄骨を省略してH形鉄骨とした試験体が含まれる。H29年度は、実験計画に沿ってCES柱梁接合部の静的加力実験を実施した。実験結果より、弱軸鉄骨フランジは、せん断降伏耐力計算値の7割ほどのせん断力を負担していること、弱軸フランジ外側のコンクリートの負担せん断力は比較的小さいこと、鉄骨により縦横囲まれたコンクリート部分については、弱軸鉄骨ウェブによってコンクリートが2つの領域に分けられた断面をもつ場合は、分けられていない断面に比べて若干負担せん断力が小さいことなど、内蔵鉄骨形状の違いが強度特性に及ぼす影響を把握することができた。H30年度において実験結果の分析とともに,接合部のせん断強度の評価手法について検討を行った。具体的には、コンクリートパネルの圧縮ストラットに基づくせん断強度評価手法を提案した。既往の評価手法と異なり内蔵鉄骨等の断面形状を考慮することができ、若干ではあるが評価精度が向上することを示した。2年目である平成29年度は、CES柱梁接合部の静的加力実験を実施し、実験結果から接合部パネルの破壊性状、せん断強度、変形性能について明らかにし、接合部パネルの内蔵鉄骨形状がせん断応力伝達機構に及ぼす影響について検討を行う。また、既往の接合部パネルのせん断強度の評価法の適用性について検討を行う。最終年である平成30年度は、FEM解析により引き続き接合部のせん断応力伝達機構について分析を行い、CES柱梁接合部パネルの構造性能評価手法の提案を行う。CES造接合部のせん断強度式の改善を目指し、FEM解析により実験結果をシミュレートすることにより、解析モデルの有効性を確認し、各種構造因子がCES造接合部の強度および応力伝達メカニズムに及ぼす影響を明らかにする。解析の分析結果および実験結果に基づき、接合部の鉄骨形状がせん断強度に及ぼす影響を反映し得るせん断強度評価方法を提案し、CES柱梁接合部の構造性能評価手法を構築する。
批判的地域主義に向けた地域研究のダイアレクテイック

当該年度では研究計画にのっとり、東アジア地域に注力して2つの国際ワークショップを開催した。一つ目は研究計画で示した「歴史と責任の認識をめぐる抗争」という研究論点のもと、「冷戦期東アジアと<廃墟学>の射程」という国際ワークショップを開催し、戦後の東アジアの地政学がどのように諸地域の歴史認識やその後の戦争責任・植民地支配責任に及んでいるのかを、逆井聡人『<焼跡>の戦後空間論』(青弓社、2018年)という研究書を手掛かりに、沖縄、韓国、日本の研究者が歴史学、文学、社会学など学際的な観点からの戦後史研究から、国際政治がどのように東アジア地域で交差しているのかを議論して検証しつつ、これまでの東アジア地域研究のパースペクティヴを間太平洋(トランスパシフィック)という研究フレームワークから批判的に再考する議論が生まれてきた。また、本科研の研究論点のひとつである「国際政治のローカリゼーション」の観点から、日本における朝鮮半島研究を再考するための国際ワークショップ「コリア学の新地平」を開催した。このこの国際ワークショップには、岡まさはる記念長崎平和資料館、同志社コリア研究センターが参画し、これまで往々にして独立して研究されてきた植民地期の朝鮮人と日本における諸地域でのコミュニティ論的な在日朝鮮人研究を東アジア研究の観点から歴史的かつ地域研究的に総合することを試みた。また、これまでの日本史があくまでも日本という国民国家の歴史として記述されてきたことの問題を、複数の国家や民族が交流して形成されてきた地域史の観点から批判的に検討することの重要性を実証的に確認した。当該年度は、「国際政治のローカリゼーション」と「歴史と責任の認識をめぐる抗争」という研究論点がきわめてアクチュアルに交差する東アジア地域に注力して、帝国の影響力と地域の固有性という観点から、日本の地域研究を再検討するということを行った。列強の植民地氏支配から現在にまで冷戦が継続する東アジアを焦点化し、検討する過程で、研究者たちの議論から「島嶼研究の新地平」と「間帝国研究」という、本科研の批判主義的地域研究を展開するための新しい地域研究のフレームワークを構築する方向が出てきた。また、歴史や政治に関する認識それ自体が地政学的な影響を被り、地域研究それ自体にバイアスを与えてきたことが本科研では検証され、確認されてきたが、こうした拘束から逃れて諸地域の研究者が協働して新たな研究を行うためには、既存のものとは異なる新しい研究のフレームワークが求められていることが繰り返し主張された。こうしたなか、昨年度の本科研の実施過程では「間-太平洋」研究というパースペクティヴの重要性と必要性がとりわけ若い世代の研究者から主張されることになった。本研究のテーマ「批判的地域主義に向けた地域研究のダイアレクテイック」において、「島嶼研究の新地平」、「間帝国研究」、「間太平洋研究」という新機軸の研究アプローチによって、既存の地域研究を再分節することの可能性と重要性を確認し、そのための端緒についたことが研究メンバーで認識された。「現在までの進捗状況」において述べた「島嶼研究の新地平」、「間帝国研究」、「間太平洋研究」という新しい研究アプローチを展開するために、令和1年度は「歴史と責任の認識をめぐる抗争」と「国際政治のローカリゼーション」という本研究の研究論点が交差する東南アジア地域に焦点をあて、ワークショップを開催する予定である。そこではこれまで地域研究としては独立して行われた東南アジア研究と日本研究を「戦後」の始まりを関係史的に考察することを試みる予定である。また後半では、本科研で見出されてきた「間帝国研究」「環太平洋研究」という新しい地域研究のフレームワークにもとづいて、本科研の研究計画で示した「歴史と責任の認識をめぐる抗争」と「国家の下位集団による社会的承認の創発化」の研究論点から第二次世界大戦期におけるマイノリティの包摂と総力戦下での人種主義について国際シンポジウムと環太平洋における人流に着目した国際ワークショップを開催する予定である。また、本科研で注力しているもう一つの研究のフレームワークである「島嶼研究の新地平」に関しても、いくつかのワークショップを行い、その学的な射程について議論する計画を立てている。具体的には、沖縄と奄美に焦点をあて、沖縄では戦後の米軍占領における統治を世界的な地政学の文脈で再考することを行う。また、地域研究それ自体があるある種の問題を持ってきたことを、奄美に対する学知を批判的に検証することで議論する。以上の計画を遂行することで、昨年度に続きこれまでの地域研究の限界点や問題点を洗い出しつつ、最終年度でのまとめに向けた、新しい地域研究の在り方についてより具体的な方向を出すための議論に取り組む予定である。当該年度には、研究計画で示した「歴史と責任の認識をめぐる抗争」という研究論点のもと、戦前には東アジア地域で覇権を握っていた大日本帝国と戦後には覇権を奪取するアメリカ合衆国の政治力学によって大きな地政学的規定を受けてきた東アジア地域に注力して、2015年5月に国際ワークショップ(「琉球・朝鮮・「島嶼」へと、植民地併合の歴史を問う」)、2015年12月に国際シンポジウム(「東アジアで考える戦争民主主義と戦後日本」)、2016年3月に国内シンポジウム(「世界史のなかの台湾植民地支配」)を開催し、東アジアにおける批判的地域主義を構築するため、帝国史を地域からの視点によって多焦点的な世界の歴史(地域史の輻輳)へと読みかえ、近代における地域と国家の主権の問題について継続的に検証した。

また、本科研の次年度以降の展開のために、「国家の下位集団による社会的承認の創発化」という研究論点のもとでオセアニアでは先住民問題、米国では人種対立、沖縄では国家主権と地域主権の対立、「トランスボーダーな宗教復興の拡大」という研究論点のもとで中東の民主化をめぐる地域紛争、「国際政治のローカリゼーション」という研究論点のもとでヨーロッパと東南アジアでは地域史の国際化について、それそれの地域で研究調査を行い、その調査結果を本科研の担当者が多く帰属し、研究の拠点となっている海外事情研究所で継続的にワークショップを開催して、意見交換を行った。当該年度は、東アジア地域に焦点をあて、近代国家における主権の成立過程に着目して、「戦争」と「島嶼」という観点から、戦前から現在にまで続く「歴史と責任の認識をめぐる抗争」の構成機序について検証したが、そこから「島嶼研究」という新しい地域研究のモデルを設定することができ、また、戦前・戦後を断絶した時代ではなく、連続した「貫戦期」として一貫した流れとして捉え、植民地戦争や世界戦が近代国家の成立過程に不可分であるという新しい歴史認識を導出することで、本研究が目指すローカリティとコンフリクト耐性を剔抉する批判的地域主義的な研究の前提を構築することができた。また、次年度以降の本研究課題の展開に向けた各研究論点での諸地域での現地調査が順調に進んでおり、その調査結果をもとにして、本研究の担当研究者たちが所属する海外事情研究所で開催されたワークショップに、これまでは交流がなかった研究領域の研究者たち集うようになり、新しい地域研究モデルの構築に向けて活発な議論を行うようになって、次年度以降の展開に大きな貢献が生み出されている。当該年度では研究計画に従って前半と後半にそれぞれ国際シンポジウムを開催した。前半では研究計画で示した「国際政治のローカリゼーション」という研究論点のもと、ナイジェリアをケーススタディにして国際政治がどのようにして本科研の対象地域のひとつであるアフリカという地域で交差しているのかを議論して検証しつつ、これまでの地域研究のパースペクティヴを再考する国際シンポジウム「アフリカの紛争を地域から考える」を開催した(2016年6月11日於東京外国語大学)。後半には「トランスボーダーな宗教復興の拡大」という研究論点のもと、本科研の対象地域である中央アジアに着目して、近代化が人々に要請してきた世俗主義とは対立する形で宗教的アイデンティティを強め、超国家的な政治勢力になっている中央アジアのイスラームの歴史性を検証すべく、国際シンポジウム「近現代中央アジアにおけるイスラームの展開」(2016年12月10日於東京外国語大学)を開催した。また本科研では批判主義的地域研究を模索するための経年的な企画として「間帝国研究」に取り組んでいるが、昨年度末には大日本帝国の版図に注目して2日間に渡るワークショップ「近現代東アジアの人流統治を問い直す帝国の力が重ね書きされた場所で」(2017年3月4日が「指紋管理技術の帝国間連鎖とそのアクチュアリティ」、3月5日が「強制送還」から問い直す主権と主体の歴史性」)を開催した。
磁気浮上型遠心ポンプの開発とこのポンプを用いての左心補助法の研究

1.溶血試験独自に開発した模擬循環回路に新鮮牛血を用いて,本ポンプと市販の遠心ポンプ(バイオポンプ)との比較を行った.ポンプ流量は51/minで揚程は100mmHgと150mmHgの2つの条件を設定した.また,磁気浮上型遠心ポンプのポンプ構造の改良に伴い,インペラ-の枚数やインペラ-とハウジングのギャップについて至適な条件を検討した.結果は1)磁気浮上型遠心ポンプはバイオポンプよりも溶血の点で少なく,血小板の破壊も軽度であった.また,回路中の温度上昇は小さかった.2)ポンプ構造の点ではインペラ-の枚数が多い方(16枚)が溶血は少なく,ギャップは小さいほう(0.15mm)が溶血が少なかった.2.急性および慢性動物実験急性実験は大型犬3頭を用い,24時間の連続運転でポンプ内面のコーティング方法の検討を行った.テフロン,シリコン,金で比較したところ,シリコンが抗血栓性に優れていることが判明した.慢性動物実験は体重40-55kgのヒツジを用い,左房脱血,下行大動脈送血の左心補助の形で2週間以上の連続運転を行った.最長45日の生存が得られた.ポンプ内血栓が1例,カニューラ内血栓が2例に認められた.ポンプ流量は3-51/minで安定しており,血液化学データ上臓器障害は認めなかった.以上より,磁気浮上型遠心ポンプは長期連続運転が可能な遠心ポンプとしての位置つけが確立した.今後はさらに長期(3カ月以上)の慢性実験を継続させ,最終的には埋め込み型の補助心臓として重症心不全患者に装着できるようなポンプとしたい.1.溶血試験独自に開発した模擬循環回路に新鮮牛血を用いて,本ポンプと市販の遠心ポンプ(バイオポンプ)との比較を行った.ポンプ流量は51/minで揚程は100mmHgと150mmHgの2つの条件を設定した.また,磁気浮上型遠心ポンプのポンプ構造の改良に伴い,インペラ-の枚数やインペラ-とハウジングのギャップについて至適な条件を検討した.結果は1)磁気浮上型遠心ポンプはバイオポンプよりも溶血の点で少なく,血小板の破壊も軽度であった.また,回路中の温度上昇は小さかった.2)ポンプ構造の点ではインペラ-の枚数が多い方(16枚)が溶血は少なく,ギャップは小さいほう(0.15mm)が溶血が少なかった.2.急性および慢性動物実験急性実験は大型犬3頭を用い,24時間の連続運転でポンプ内面のコーティング方法の検討を行った.テフロン,シリコン,金で比較したところ,シリコンが抗血栓性に優れていることが判明した.慢性動物実験は体重40-55kgのヒツジを用い,左房脱血,下行大動脈送血の左心補助の形で2週間以上の連続運転を行った.最長45日の生存が得られた.ポンプ内血栓が1例,カニューラ内血栓が2例に認められた.ポンプ流量は3-51/minで安定しており,血液化学データ上臓器障害は認めなかった.以上より,磁気浮上型遠心ポンプは長期連続運転が可能な遠心ポンプとしての位置つけが確立した.今後はさらに長期(3カ月以上)の慢性実験を継続させ,最終的には埋め込み型の補助心臓として重症心不全患者に装着できるようなポンプとしたい.1.模擬循環(Mock)回路を用いた磁気浮上ポンプの特性試験インペラー(羽根)とディフュザー(ポンプケーシング)を種々に組み合わせて、磁気浮上ポンプの特性試験を行った。ディフュザーについては、同じ圧力、同じ流量を得るための回転数は、直径50mmのポンプの方が少なく、また同じ回転数にすると、直径50mmのポンプの方が、40mmのポンプに比して、発生圧力は大きくなった。ただポンプのエネルギー効率としてはすこし減少する傾向にあった(50%→40%)が、市販の遠心ポンプの一つであるBiopump(B)のエネルギー効率が15%前後であることを考慮すれば、50mmでも問題はなく、むしろ血液を使用する場合は、回転数が少ないほうが有利であると判断し、50mmのポンプを溶血試験に用いることにした。さらにインペラーの形状については、インペラーの数の多いほど、ポンプ効率は高く、同じ圧力、同じ流量を得るための回転数は、少なくてすむことがわかった。成人用人工心臓の標準仕様は流量6l/min圧力120mmHgが必要といわれるが、現在本ポンプでは約2000回転でこの条件を満足し、最大駆出流量は100mmHgの圧力で約10l/minであった(回転数3500)。ポンプの耐久性については、連続運転で1週間は問題ないことが証明された。2.血液用いた溶血試験Mock回路にて新鮮牛血を用いて溶血試験を行い、Biopump(B)と比較検討した。ポンプ流量は5l/minで揚程は100mg、150mgの2つの条件を設定し、12時間の連続運転を行った。さらにポンプ構造の溶血に与える影響についても検討した.(構造の変化:a.インペラー(Inp)の枚数,b.インペラーとポンプケーシングとの隙間(gap)).測定項目は、a,free Hbの経時的な変化,およびIndex of Hemolysis(溶血のIndex)b,血小板の経時的変化

c,in-vitro回路内での経時的な温度変化,とした。結果は以下の通りである。1)磁気浮上ポンプ(M)は従来の遠心ポンプより、100mg、150mgのいずれの揚程においても溶血の点で優れており、血小板の破壊も少なかった。また回路中の温度上昇は少なく、磁気浮上ポンプのエネルギー効率の良さを反映していた。2)Mでは、インペラーの数の多いほうが溶血は少く、さらにgapの少ないほうが溶血が少なかった。つまりこのポンプの駆動においては、回転数をできるだけ少なくできるタイプにおいて溶血を減少せしめることができると思われた。以上、in-vitroの実験では、磁気浮上ポンプは非常に有望であることが証明され、長期使用が可能であることが示唆された。来年度はin vivoでの実験を施行し、循環動態、血液凝固能、補体免疫系等の変動を解析し、生体内において長期(14日程度)の連続使用が可能であることを証明していきたい。平成5年度の磁気浮上型遠心ポンプと市販の遠心ポンプの比較溶血試験の結果は、流量51/min揚程100、150mmHgいずれの条件においても、磁気浮上ポンプが有意に優れており、磁気浮上ポンプの血液成分に与える影響は非常に少ないという結果を得た。平成6年度は、この結果を踏まえ、磁気浮上ポンプの細部に改良を加え、溶血実験を繰り返し、より血液成分に与える影響の少ないポンプの開発に努めた。その結果、ポンプのインペラ-と隔壁との間隙は、0.15mmにすれば、溶血を減少させることができ、ポンプ効率も保たれることが判明した。さらには、実験動物(羊)を用いての実験を開始した。ポンプの耐久性には問題はなかったが、抗血栓性の点で、まだ不十分であった。ポンプ内で回転するインペラ-を、抗血栓材料でコーティングする必要があると思われた。そのため、インペラ-をシリコンコーティングし、羊を用いての動物実験を施行したところ、2週間の長期にわたって、ポンプは問題なく回転し、流量補助することができ、また、インペラ-も含めて、ポンプ内にはまったく血栓の付着を認めなかった。現段階において、この磁気浮上ポンプは2週間の連続運転で、まったく問題はなく、抗血栓性についてもシリコンコーティングが今のところ非常に有用であることが判明した。1.溶血試験独自に開発した模擬循環回路に新鮮牛血を用いて,本ポンプと市販の遠心ポンプ(バイオポンプ)との比較を行った.ポンプ流量は51minで揚程は100mmHgと150mmHgの2つの条件を設定した.また,磁気浮上型遠心ポンプのポンプ構造の改良に伴い,インペラ-の枚数やインペラ-とハウジングのギャップについて至適な条件を検討した.結果は1)磁気浮上型遠心ポンプはバイオポンプよりも溶血の点で少なく,血小板の破壊も軽度であった.また.回路中の温度上昇は小さかった.2)ポンプ構造の点ではインペラ-の枚数が多い方(16枚)が溶血は少なく,ギャップは小さいほう(0.15mm)が溶血が少なかった.2.急性および慢性動物実験急性実験は大型犬3頭を用い,24時間の連続運転でポンプ内面のコーティング方法の検討を行った,テフロン,シリコン,金で比較したところ,シリコンが抗血栓性に優れていることが判明した.慢性動物実験は体重40-55kgのヒツジを用い,左房脱血,下行大動脈送血の左心補助の形で2週間以上の連続運転を行った.最長45日の生存が得られた.ポンプ内血栓が1例,カニューラ内血栓が2例に認められた.ポンプ流量は35l/minで安定しており,血液化学データ上臓器障害は認めなかった.以上より,磁気浮上型遠心ポンプは長期連続運転が可能な遠心ポンプとしての位置つけが確立した.
双極性障害モデル動物を用いた新規気分安定薬候補物質の検討

双極性障害モデル動物である脳内mtDNA変異蓄積マウスを用い、ミトコンドリアのCa2+制御異常を調べたところ、変異マウス脳ミトコンドリアでは、Ca2+取り込み速度亢進が観察された。この分子機構と変異マウスで観察された異常行動との関連について調べるため、CypD阻害剤の輪回し行動に対する影響を検討した。CypD阻害剤を変異マウスに約2週間、連続的に腹腔内投与し、輪回し行動を観察したところ、約1週間後から行動異常は徐々に減少し、2週間後には有意に減少した。ミトコンドリア機能を標的とした薬剤が、新たな奏効機序を持つ気分安定薬候補物質になる可能性が考えられた。双極性障害モデル動物として脳内mtDNA変異蓄積マウスを用い、ミトコンドリアのCa^<2+>制御異常に着目して解析してきた。これまでに変異マウス脳からの単離ミトコンドリアを用いて、Ca^<2+>取り込み速度元進が観察された。この分子機構を薬理学的に検討するため、mitochondrial permeability transition pore(mPTP)開口に作用する薬剤の存在下で、Ca^<2+>とりこみ能に対する影響を観察した。測定には、多サンプル同時Ca^<2+>濃度測定装置を利用し、ミトコンドリア外液に含まれるCa^<2+>感受性色素(CaGreenr-5N)の蛍光強度からCa^<2+>濃度変化を記録した。Ca^<2+>投与時の一過性上昇から、ミトコンドリアの取り込みに従って減少する蛍光強度の減衰時間をCa^<2+>取り込み速度として評価した。また既知濃度Ca^<2+>を投与した後、PTP開口までの投与量をCa^<2+>取り込み容量として評価した。mPTP阻害薬であるシクロスポリンA存在下で、変異マウスミトコンドリアでは、さらに取り込み能が元進した。また、ミトコンドリア呼吸鎖異常を除外する目的で、オリゴマイシンとADPを添加した結果、PTP開口が抑制された。この作用は野生型マウスミトコンドリアだけでなく、変異マウスミトコンドリアにおいても同様に観察された。一方、ATP/ADP輸送体(ANT)作用薬の効果を確認したところ、ボンクレキン酸のPTP開口阻害作用、カルボキシアトラクチロシドのPTP開口促進作用は、変異マウスミトコンドリアでも野生型マウスミトコンドリアと同様に観察された。これらの薬理学的検討結果は、変異マウスミトコンドリアでの取り込み元進がANTや呼吸鎖における機能障害によるものではなく、PTP構成タンパク質であるCyP-D減少により生じたことを支持した。変異マウス異常行動に対する検討を行うための基礎となる結果を得た。これまでに変異マウス脳からの単離ミトコンドリアを用いて、Ca^<2+>取り込み速度亢進が観察された。mPTPの構成タンパク質であるシクロフィリンD(CyP-D)を阻害するシクロスポリンAによって、野生型マウスミトコンドリアのCa^<2+>取り込み能亢進が確認されたこと、またTgマウス脳ではCyP-D遺伝子発現が低下していたことから、Tgマウスミトコンドリアで観察された取り込み亢進はmPTP阻害を介している可能性が示唆された。この分子機構とTgマウスで観察された異常行動との関連について調べるため、CyP-D阻害剤の輪回し行動に対する影響を検討した。CyP-D阻害剤をTgマウスに約2週間、連続的に腹腔内投与し、輪回し行動を観察した。シクロスポリンAは脳血液関門を通過しにくいことが知られているため、ミトコンドリアにより特異的に作用し、脳血液関門を通過しやすい性質を持つ類似薬を用いた。これまでにTgマウスでは、明期の初期3時間以内の行動量が、野生型に比べて多く観察され、昼夜の転期時の行動量に異常が見られている。今回の結果でも、溶媒投与群ではこの異常が観察されたが、同腹TgマウスのCyP-D阻害剤(40mg/kg)投与群では約1週間後からこの異常は徐々に減少し、2週間後には有意に減少した。よってCyP-D阻害剤が異常行動に対して抑制効果を持つことが示された。ミトコンドリアCa^<2+>取り込みを制御するCyP-Dと行動異常の関連が示唆されたことから、ミトコンドリア機能を標的とした薬剤が、新たな奏効機序を持つ気分安定薬候補物質になる可能性が考えられた。
マランゴニ効果を液帰還に利用する二成分ヒートパイプに関する研究

本研究は二成分ヒートパイプ内で起こるマランゴニ効果に関して重力場で検討を行なったものである。実験では内部液流れの観察を可能にするために角型ガラス製のヒートパイプを作成し、作動液としては所定の濃度に調整した水・エタノール混合溶液を用いた。このようにしてヒートパイプを作動させた際に冷却部入口付近で見られる凝縮液の挙動について、あらかじめレンズ系で作成したシュリーレンシステム(シュリーレン法またはシャドウグラフ法)を用いて観察した。その結果、凝縮液の形態は液組成によって異なっており、液濃度が5mol%の場合には滴状で、20mol%では滴状もしくは筋状で、50mol%では筋状で、85,100mol%では膜状で凝縮することが見出された。このように水とエタノールが可溶であるにもかかわらず重力場においてエタノール濃度が薄い場合に滴状凝縮を示しており、また液組成5mol%の場合には凝縮した液滴が管壁を伝って冷却部から加熱部の方向へ約2mm/sの速度で移動しているが、これらは濃度マランゴニ効果によってもたらされる結果であると考えられる。これらの結果と、別に行なった上砂川地下無重力実験センターの落下施設を利用した微小重力実験による結果とをあわせ考えることにより、比較的薄いエタノール水溶液を作動液とした二成分ヒートパイプにおいては、微小重力場でマランゴニ効果によって液帰還を行なうことが可能であることが示され、無重力場でもウイック無しで作動しうる新しい型のヒートパイプの可能性が示唆された。濃度差によって生じるマランゴニ効果を作動液の帰還に利用した新しい型の二成分ヒートパイプの可能性について検討するために、今年度は次のような実験を行った。すなわち、エタノール水溶液を充填して下部を加熱した丸底フラスコとリ-ビッヒ冷却管をつないで還流凝縮実験を行ない、重力傾斜法による液帰還力の測定やシュリーレン法を用いた凝縮液の様子の観測などを行った。また、内部の作動液の挙動が観察できるようなガラス製の矩形ヒートパイプを作成し、エタノール水溶液を作動液とした二成分ヒートパイプの作動特性を調べた。これらの結果、次のような知見が得られた。(1)還流凝縮実験における蒸気相の高さ方向温度分布の測定結果に基づき凝縮液の表面張力分布を算出したところ、マランゴニ力はエタノール濃度が1mol%程度の場合に冷却部入口付近で最も顕著になることが示され、これは肉眼での凝縮液の観測結果と一致した。(2)冷却管を水平に設定した実験では、凝縮液が装置先端部から外へ流れ落ちてしまうために、重力傾斜法による液帰還力の測定はできなかったが、シュリーレン法による観察により、特にエタノール濃度が薄い場合に滴状で凝縮した液滴が重力に逆らって蒸発部方向へ移動する様子がはっきりと示された。(3)エタノール水溶液を作動液とした二成分ヒートパイプの作動特性の測定より、組成の違いによる蒸気温度分布の違い、不凝縮領域形成の様子、ヒートパイプ内で起こるマランゴニ効果の様子などが明らかにされた。本研究は二成分ヒートパイプ内で起こるマランゴニ効果に関して重力場で検討を行ったものである。実験では内部液流れの観察を可能にするために角形ガラス製のヒートパイプを作成し、作動液としては所定の濃度に調整した水・エタノール混合溶液を用いた。その結果、凝縮液の形態は液組成によって異なっており、液濃度が5mol%の場合には滴状で、20mol%では適状もしくは筋状で、50mol%では筋状で、0,85,100mol%では膜状で凝縮することが見出された。