hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
どの程度低い放射線被曝、どの程度低い線量率被曝が循環器疾患と相関するか？

原爆被爆者等の放射線被曝したヒトを対象とした疫学調査は循環器疾患の発症リスクが被曝線量に相関して上昇することを示唆した。しかし、原爆被爆等にともなう精神的ストレスや社会的・経済的状態等の交絡因子および修飾因子がこの事象の解釈を難しくしている。そこで、この事象を明確にする目的で、モデル動物を用いた実験を行った。更に、どのような作用機序で放射線により循環器疾患が生じるかを調べるための研究も行い、以下の結果を得た。放射線(1、2、4Gy)を照射した脳卒中易発症性高血圧自然発症ラット(SHRSP)を用いた先行研究では、照射したラットの脳卒中発症時期は非照射対照群より有意に早期化していた。本研究で行った0.1Gyの放射線を照射したSHRSPでも、発症時期は非照射群に比べて早期化していた。低線量率(0.1Gy/日)放射線を集積線量が0.5および1Gyになるまで照射したSHRSPでは早期化は全く認められなかった。一方、線量(1、2、4Gy)を照射した高血圧自然発症ラット(SHR)では、各群の血圧値は線量に比例して高値を示した。病理検索で観察された肝臓に生じた脂肪滴等の病変は、線量の増加に従い、病変を有する個体数は増加した。また、照射線量の増加に従って体重の増加の抑制が観察された。SHRとは異なる種類のラットであるウィスター京都(WKY)を用いた実験を行ったところ、体重の増加の抑制は観察されたが、血圧値の上昇は認められなかった。また、SHRの肝臓に認められた病理的変化はWKYでは観察されなかった。以上の結果より、1脳卒中発症時期の早期化は放射線被曝が関係していること、2線量率により発症時期は影響されること、3血圧値の上昇については、遺伝的素因の違いにより放射線に対する感受性が異なることなどが判明した。尚、4種々のバイオマーカーの測定は、発生機序の構築に重要な情報を与えることを示唆した。原爆被爆者、放射線治療後の患者、職業や環境中での低線量被曝したヒトを対象とした疫学調査は高血圧、心疾患、脳卒中、慢性腎疾患など循環器疾患の発症リスクが被曝線量に相関して上昇することを示唆している。しかし、この事象が放射線の直接的作用なのかが明確ではないので、動物実験により検証している。我々が導入した動物実験系は、高感度で、放射線が循環器疾患に相関していることを示した。即ち、1、2、4Gyを照射した高血圧自然発症ラット(以後、SHR)の収縮期血圧値は、非照射対照群に比べ高値を示した。低線量(0.25Gy0.75Gy)を照射した脳卒中易発症性SHR(以後、SHRSP)では脳卒中発症時期が0.25Gyにおいても有意に亢進していた。そこで、本研究では低線量(0.2Gy以下)および低線量率(0.1Gy/日以下)の放射線被曝と循環器疾患との相関をSHRおよびSHRSPを用いて調べる。平成27年度ではSHRSPを用いて、イ)0.2Gyの放射線を照射したラットで脳卒中発症時期が亢進しているかを調べた。発症時期は非照射群に比べて有意に亢進していた。ロ)低線量率照射と高線量一括照射との違いについての研究は、当初の計画では28年度に実施する予定であったが、共同で使用している広島大学の低線量率放射線照射装置を他の研究者が使用する頻度の予定を考慮して、本年度中に前倒しで開始した。従って、使用した匹数も少なくした。予備的研究の結果、我々の本来の研究は実行可能あるとの結論が得られた。ハ)放射線がいかにして循環器疾患を生じさせるかの機序研究には、種々のバイオマーカーの変動を観ることは不可欠である。それらを再現性良く測定することは研究には極めて重要である。計画に従って測定方法の確立を行った。結果は、血漿より血清の方が良い結果が得られること、また測定キットのロット間差を補正する手技を確立できた。平成27年度はSHRSPを用いて、低線量・低線量率放射線と循環器疾患の発症リスクの変化の関係を調べた。低線量放射線としては0.2Gyを用いた。使用したSHRSPの匹数は;照射群、10匹;非照射対照群、10匹である。放射線と循環器疾患リスクの相関について検討した。これは本来の計画より少ない動物数であったが、照射群では対照群に比べて、脳卒中発症時期は有意に亢進していた。平成27年度末では、病理検索を行っている段階である。先行実験では、脳卒中がほぼ全てのSHRSPで観察されるとともに、血管炎、腎炎、心臓の肥大化や繊維化などが認められた。これらの病状に伴い観察される病理形態的変化が、低線量放射線により加速されるかを検証中である。本来の研究計画では、28年度開始予定であった低線量率放射線の研究は、前述の理由で前倒して予備的研究を開始した。この研究の実効性を再確認した。線量率として、100mGy/日と50mGy/日を用いた。集積線量としては、1Gyを用いた。用いたラットの匹数は照射群では各5匹、対照群では5匹である。平成27年度終了時点では、すべてのラットが死亡していないので、発症時期の比較および寿命の統計解析を今後実施する。

結論としては、装置の使用に関しては、他の使用者と上手に連携を保つことで、我々の研究計画は可能であることが確認できた。血液中のバイオマーカーの検査は放射線被曝と循環器疾患の進展との関係についての機序を理解するために有用である。そこで、先行研究で行った比較的高線量放射線(1Gy4Gy)を照射したラットの血液試料を用いて、総コレステロール値、IL-6などの測定条件の確立を試みた。その結果、血漿より血清の方が良いこと、内部標準を複数測定すれば、懸案だった、測定キットのロット間差を確実に補正できることが判った。原爆被爆者、放射線治療後の患者を対象とした疫学調査は高血圧、心疾患、脳卒中、慢性腎疾患など循環器疾患の発症リスクが被曝線量に相関して上昇することを示唆している。しかし、この事象が放射線の直接的作用なのかが明確ではない。一方、職業や環境中での低線量・低線量率放射線に被曝したヒトの結果は矛盾を含むものである。そこで、我々は動物実験によりこれらの結果を検証している。我々が導入した動物実験系は、極めて高感度で、放射線が循環器疾患に相関していることを示した。即ち、低線量(0.25Gy0.75Gy)を照射したSHRSPラットでは脳卒中発症時期が0.25Gyにおいても有意に亢進していた。1、2、4Gyを照射したSHRの収縮期血圧値は、非照射対照群に比べ高値を示した。本研究計画における目的は、低線量(0.2Gy以下)および低線量率(0.1Gy/日以下)の放射線被曝と循環器疾患との相関を調べることである。平成27年度の0.2Gyを照射したラットの結果は、照射群では対照群に比べて、脳卒中発症時期は有意に亢進していた。そこで、平成28年度では、0.1Gyを照射したラットで調べたところ、発症時期は非照射群に比べて有意に亢進していた。低線量率照射と高線量率一括照射との違いについての研究は、27年度に計画より早めて予備的実験を実施した。この結果より、我々の研究計画は実行可能あるとの結論を得た。平成28年度において、研究計画で示した実験を開始した。現在実験は継続中である。放射線がいかにして循環器疾患を生じさせるかの機序研究には、種々のバイオマーカーの変動を観ることが不可欠である。それらを再現性良く測定することは極めて重要である。計画に従い、平成27年度に測定方法を確立した。その方法を用いて28年度に得た試料の測定を行っている。統計解析は29年度に得た試料とともに行う。平成28年度はSHRSPを用いて、低線量・低線量率放射線と循環器疾患の発症リスクの変化の関係を調べた。低線量放射線としては0.1Gyを用いた。使用したSHRSPの匹数は;照射群、40匹;非照射対照群、40匹である。照射群で対照群に比べて、脳卒中発症時期は有意に亢進していた。しかし、発症時期は0.2Gy以上の放射線を照射したラットよりも遅いように思われた。低線量率放射線の研究も実施している。線量率として、100mGy/日と50mGy/日を、集積線量としては、0.5Gyおよび1Gyを用いている。用いたラットの匹数は照射群、対照群ともに各10匹である。低線量率放射線を照射したラットの死亡時期が想定より遅かったため、平成28年度終了時点では、若干のラットは生存中である。そのため、発症時期の比較および寿命の統計解析は遅れている。血液中のバイオマーカーの検査は、放射線被曝と循環器疾患の進展との関係についての機序を理解するために有用である。
アマランサスの栽培と利用に関する研究

1.栽培技術の体系化:Amaranthus Hypochondricusの一系統を用い、栽植密度と播種期および栽植密度と施肥量の組合せ試験を実施した。草丈は栽植密度による違いは小さいが、穂長の違いは大きく疎植ほど大きい。穂重と子実重の間には高い正の相関係数r=0.986がみられた。穂長と穂重の間にはr=0.819,茎の直径(地上10cm)と穂長の間にはr=0.841の相関があった。栽植密度と播種期の組み合せ試験の子実収量は240ー320Kg/10aの違があった。栽植密度による違いは小さいが、播種期が遅れると子実収量は低下する。栽植密度と施肥量試験の子実収量は270ー280Kg/10aであって栽植密度、施肥量の違いはみられなかった。2.乾物生産特性:アマランサスの乾物生産に関する過去の成績がないので、水稲を対照として検討した。8月末までの乾物生産は両者ほとんど同じであったが、アマランサスの収穫期が早いので9月に入ってから乾物生産が劣る。収穫期の乾物重は10a当たりアマランサス1,426Kg、水稲1,658Kgであった。アマランサスの乾物生産速度には2つのピ-クがあり、第1のピ-クは7月8日ー21日の期間にあって1日1m^2当り約33gの乾物生産があった。第2のピ-クは8月19日ー9月1日の期間で子実登熟の盛期に相当し1日1m^2当り23gであった。アマランサスは草丈が大きく、葉も大きいので相互遮蔽が早くから始まり、7月下旬より下葉が枯死落葉するので葉面積は大きくないが、純同化率は大きくこれがアマランサスの乾物生産特性の一つにあげられる。穂への乾物分配率は45%であった。3.子実、茎葉の飼料価格の判定:子実、茎、葉について生育期別に栄養成分を測定し、粗蛋白質含量は茎葉とも生育初期に高く、生育が進むに従って減少すること、また、減少の度合は葉では小さく茎では大きいこと、子実のリジン含量が高いことを認めた。さらに、育成牛2頭を用いて、酸不溶性灰分を指標物質とするアマランサスサイレ-ジの消化試験を行った。各栄養成分の消化率は粗蛋白質;71.4%、粗脂肪;48.2%、可溶無窒素物;65.6%、粗繊維;59.0%であった。同サイレ-ジ中の水分含量86.5%、可消化粗蛋白質含量1.4%、可消化養分総量含量7.4%、可消化エネルギ-含量0.35Mcal/Kgとなった。栄養率は4.3となり、割合に狭いことが分った。従って栄養率の広い飼料原料を配合してサイレ-ジを調整し、使用することも考えられる。4.子実の栄養、食品の素材特性:供試したアマランサス子実(乾物当り含有率)は粗蛋白質16.3%、粗脂肪6%、灰分2.1%、粗繊維3.7%、可溶性無窒素物55.2%であった。蛋白質の栄養価値をアミノ酸価(1985年FAO)で、示すと84で、第1制限アミノ酸はスレオニン、第2制限アミノ酸はロイシンであった。一方、アマランサスを基本材料とした飼料をシロネズミに与えて試験したところ、蛋白質の消化率は82.6%、生物価は70となり白米より低いものであった。脂肪含有率はコメ、ムギ、トウモロコシに比較して多いが、脂肪酸組成はオレイン酸が31.7%、リノ-ル酸36.5%で、一般の植物油同様リノ-ル酸の多いことが分かった。デンプンの性質を糊化開始温度、最高粘度時の温度について、小麦粉(中力)、キビ粉と比較したところ、キビ粉デンプンに類似していた。5.アマランサスサイレ-ジの牛体機能に及ぼす影響:アマランサスサイレ-ジの嗜好性及び牛体機能に及ぼす影響を知るため、2頭の育成牛に3週間にわたって給与し、一般臨床検査、血液および尿検査、肝機能検査および第一胃汁検査を行なった。牛に対する嗜好性は劣るが、乾草に対するこのサイレ-ジの割合を漸次増加することによって嗜好性は改善され、試験開始後5日目にはサイレ-ジの全部を採食した。サイレ-ジの給与量は日量10ー15Kgとしたが、この量では栄養が不足し、体重が減少するので、サイレ-ジの給与量を更に増加するか、あるいは乾草や濃厚飼料を併用することが望まれる。

栽植密度による違いは小さいが、播種期が遅れると子実収量は低下する。栽植密度と施肥量試験の子実収量は270ー280Kg/10aであって栽植密度、施肥量の違いはみられなかった。2.乾物生産特性:アマランサスの乾物生産に関する過去の成績がないので、水稲を対照として検討した。8月末までの乾物生産は両者ほとんど同じであったが、アマランサスの収穫期が早いので9月に入ってから乾物生産が劣る。収穫期の乾物重は10a当たりアマランサス1,426Kg、水稲1,658Kgであった。アマランサスの乾物生産速度には2つのピ-クがあり、第1のピ-クは7月8日ー21日の期間にあって1日1m^2当り約33gの乾物生産があった。第2のピ-クは8月19日ー9月1日の期間で子実登熟の盛期に相当し1日1m^2当り23gであった。アマランサスは草丈が大きく、葉も大きいので相互遮蔽が早くから始まり、7月下旬より下葉が枯死落葉するので葉面積は大きくないが、純同化率は大きくこれがアマランサスの乾物生産特性の一つにあげられる。穂への乾物分配率は45%であった。3.子実、茎葉の飼料価格の判定:子実、茎、葉について生育期別に栄養成分を測定し、粗蛋白質含量は茎葉とも生育初期に高く、生育が進むに従って減少すること、また、減少の度合は葉では小さく茎では大きいこと、子実のリジン含量が高いことを認めた。さらに、育成牛2頭を用いて、酸不溶性灰分を指標物質とするアマランサスサイレ-ジの消化試験を行った。各栄養成分の消化率は粗蛋白質;71.4%、粗脂肪;48.2%、可溶無窒素物;65.6%、粗繊維;59.0%であった。同サイレ-ジ中の水分含量86.5%、可消化粗蛋白質含量1.4%、可消化養分総量含量7.4%、可消化エネルギ-含量0.35Mcal/Kgとなった。栄養率は4.3となり、割合に狭いことが分った。従って栄養率の広い飼料原料を配合してサイレ-ジを調整し、使用することも考えられる。4.子実の栄養、食品の素材特性:供試したアマランサス子実(乾物当り含有率)は粗蛋白質16.3%、粗脂肪6%、灰分2.1%、粗繊維3.7%、可溶性無窒素物55.2%であった。蛋白質の栄養価値をアミノ酸価(1985年FAO)で、示すと84で、第1制限アミノ酸はスレオニン、第2制限アミノ酸はロイシンであった。一方、アマランサスを基本材料とした飼料をシロネズミに与えて試験したところ、蛋白質の消化率は82.6%、生物価は70となり白米より低いものであった。脂肪含有率はコメ、ムギ、トウモロコシに比較して多いが、脂肪酸組成はオレイン酸が31.7%、リノ-ル酸36.5%で、一般の植物油同様リノ-ル酸の多いことが分かった。デンプンの性質を糊化開始温度、最高粘度時の温度について、小麦粉(中力)、キビ粉と比較したところ、キビ粉デンプンに類似していた。5.アマランサスサイレ-ジの牛体機能に及ぼす影響:アマランサスサイレ-ジの嗜好性及び牛体機能に及ぼす影響を知るため、2頭の育成牛に3週間にわたって給与し、一般臨床検査、血液および尿検査、肝機能検査および第一胃汁検査を行なった。牛に対する嗜好性は劣るが、乾草に対するこのサイレ-ジの割合を漸次増加することによって嗜好性は改善され、試験開始後5日目にはサイレ-ジの全部を採食した。サイレ-ジの給与量は日量10ー15Kgとしたが、この量では栄養が不足し、体重が減少するので、サイレ-ジの給与量を更に増加するか、あるいは乾草や濃厚飼料を併用することが望まれる。
歯科臨床におけるX線被ばく線量とその防護状態の実態調査

1.アンケート調査アンケート調査は、北海道歯科医師会に所属する歯科医院すべてを対象に、アンケート用紙を郵送する方法で行った。有効発送数2412通、回答数1005通(41,7%)であった。前2回の調査と比較して、フィルムバッジ着用の割合が24%に増加、X線室の設置が90%に増加、患者の鉛エプロン着用が45%に増加しており、歯科医療従事者や患者に対する放射線防護意識の向上がうかがわれた。しかし、10day ruleが「何を意味しているか判らない」という答えが70%もあり、妊娠可能年齢の女性への最終月経に関する質問が40%程度しか行われておらず、教育の場でのこれらの事項に関する教育と一般歯科医師に対する啓蒙の必要性も示唆された。また、フィルムバッジの着用については、「以前は使用していたが、いつも0なので、現在は使用していない。」というコメントが目についた。この点も「0ではなく、検出限界以下である」との事が理解されていないようであった。全体の印象として、「防護方法」「10 day rule」「ICRPの活動などについて、説明を求めるコメントが多く、一般患者の知識や意識レべルが急速に向上し、歯科医師が「とり残されている」といった感じさえあった。2.歯科医院の測定結果道内各地の歯科医院でのX線室周辺の測定結果は、満足するべきものであり、サーベイメーターによる測定やTLDによる測定では、X線室は十分に防護がなされており、従事者の被曝も測定したが、すべて検出限界以下であった。尚、本研究の結果は、日本歯科放射線学会及び北海道歯科医師会学術大会にて発表の予定である。
脊髄における下部尿路機能を制御する神経伝達物質の網羅的解析と新規治療薬の探求

α2アドレナリン受容体(α2-AR)に作用する薬剤のなかにはイミダゾリン受容体(I-R)にも作用する薬剤がある。そこで、本研究では脊髄内のα2-ARとI-R(脊髄内にはI1-RとI2-Rが存在する)の排尿機能へ及ぼす影響について検討した。その結果、脊髄内の膀胱求心路にはα2-ARが存在し、排尿閾値圧を制御している可能性が示唆された。また、脊髄内のI1-Rの作用として、尿禁制に関与する尿道平滑筋あるいは外尿道括約筋や骨盤底筋群(横紋筋)の活動を制御し、尿道抵抗をコントロールしている可能性が示唆された。膀胱機能に関して、neostigmineは最大排尿時圧を有意に増加させた。外尿道括約筋機能に関して、dopamine、agmatine、idazoxanは括約筋収縮圧を有意に増加させたが、他の薬剤に有意差は認められなかった。以上より、下位排尿中枢においてAChの放出が尿排出機能、おそらくはIR_2を介するdopamineの放出が蓄尿機能に関与している可能性が示唆された。以上より、下位排尿中枢においてAChの放出が尿排出機能、おそらくはIR2を介するdopamineの放出が蓄尿機能に関与している可能性が示唆された。平成25年度までの4年間で、下記の2つの知見が得られた。(1)尿禁制反射におけるノルアドレナリンによる尿道平滑筋と尿道括約筋の制御機構結果:1)尿道平滑筋による安静時尿道圧と腹圧時収縮圧はα1受容体遮断薬とα2受容体遮断薬で低下する、2)尿道括約筋による腹圧時収縮圧はα2受容体遮断薬で低下するが、α1受容体遮断薬で変化は認められない。また、尿道括約筋による安静時尿道圧はα1受容体遮断薬とα2受容体遮断薬で変化しない、3)ノルアドレナリン再吸収阻害薬はα1受容体を介して、尿道平滑筋による安静時尿道圧と腹圧時収縮圧ならびに尿道括約筋による腹圧時収縮圧を上昇させることが判明した。(2)脊髄内α2アドレナリン受容体とイミダゾリン(I)受容体の排尿機能へ及ぼす影響結果:1)クロニジン(I1/α2受容体作動薬)とB-HT933(α2受容体作動薬)は排尿閾値圧を有意に上昇させた。一方、イダゾキサン(I1/α2受容体拮抗薬、I2リガンド)とヨヒンビン(α2受容体拮抗薬)は排尿閾値圧を有意に低下させた、2)クロニジン(I1/α2受容体作動薬)は尿漏出圧を有意に低下させ、イダゾキサン(I1/α2受容体拮抗薬、I2リガンド)は尿漏出圧を有意に上昇させた。その他のパラメーターに有意差は認められなかった。以上より、脊髄内の膀胱求心路にはα2受容体が存在し、排尿閾値圧を制御している可能性が示唆された。また、脊髄内のI1受容体の作用として、尿禁制に関与する尿道平滑筋あるいは外尿道括約筋や骨盤底筋群(横紋筋)の活動を制御し、尿道抵抗をコントロールしている可能性が示唆された。下部尿路機能(蓄尿と尿排出)は橋より上位の排尿中枢と下位の仙髄によって制御されているが、その神経伝達物質はまだ十分に解明されていない。本研究では下位排尿中枢である脊髄に焦点をしぼり、覚醒したラットの排尿筋と外尿道括約筋の機能を同時に測定することによって、(1)蓄尿や尿排出時における興奮性ならびに抑制性神経伝達物質の個々の作用ならびに相互作用を網羅的に解析すること、(2)それら神経伝達物質の分泌をシナプス前後で調整し得る薬剤を探求することにより、中枢における下部尿路機能障害治療薬を新規に確立することを目的とする。平成24年度までの基礎実験により、下位排尿中枢である脊髄における膀胱機能ならびに尿道機能をコントロールしている受容体のひとつとして、イミダゾリン受容体が強く関与していることが判明した。イミダゾリン受容体は現在3つに分類されており(I1, I2, I3)、中枢神経系に発現が確認されているI1とI2

受容体の下位排尿中枢への影響に関して、Clonidine(I1受容体アゴニスト、α2アドレナリン受容体アゴニスト)、Idazoxan(I1受容体アンタゴニスト、I2受容体のリガンド、α2アドレナリン受容体アンタゴニスト)、Benazoline(I2受容体リガンド)、B-HT933(α2アドレナリン受容体アゴニスト)、Yohinbine(α2アドレナリン受容体アンタゴニスト)をそれぞれ髄腔内に投与した時の膀胱機能、膀胱内圧上昇時尿漏出圧、血圧の容量依存的変化を比較検討した。その結果、1)尿道機能はI1受容体アゴニストで低下、I1受容体アンタゴニストで上昇、2)血圧はI1受容体アゴニストで低下、I1受容体アンタゴニストとI2受容体リガンドで上昇、3)膀胱機能はα2アドレナリン受容体アゴニストで低下、α2アドレナリン受容体アンタゴニストで上昇することがそれぞれ判明した。【目的】clonidineやtizanidineなどα2アドレナリン受容体(α2-AR)に作用する薬剤のなかにはイミダゾリン受容体(I-R)にも作用する薬剤がある。そこで、本研究では脊髄内のα2-ARとI-R(脊髄内にはI1-RとI2-Rが存在する)の排尿機能へ及ぼす影響について検討した。【結果】clonidineは排尿閾値圧を有意に上昇させ、30nmol投与で3匹が尿閉となった。同様にB-HT933も排尿閾値圧を有意に上昇させた。一方、idazoxanとyohinbineは排尿閾値圧と排尿間隔を有意に低下させた。次に、clonidineは尿漏出圧を有意に低下させ、idazoxanは尿漏出圧を有意に上昇させた。また、clonidineは血圧を有意に低下させ、idazoxanとbenazolineは血圧を有意に上昇させた。その他のパラメーターに有意差は認められなかった。【結論】おそらく脊髄内の膀胱求心路にはα2-ARが存在し、排尿閾値圧を制御している可能性が示唆された。また、脊髄内のI1-Rの作用として、尿禁制に関与する尿道平滑筋あるいは外尿道括約筋や骨盤底筋群(横紋筋)の活動を制御し、尿道抵抗をコントロールしている可能性が示唆された。26年度が最終年度であるため、記入しない。医歯薬学26年度が最終年度であるため、記入しない。尿道機能をより正確に評価するため、外尿道括約筋機能に加え、従来の2.5cmH_20ずつの膀胱内圧上昇法から急速膀胱内注入法(0.1ml/sec)による尿漏出圧測定へ変更したため。この4年間の研究で、膀胱尿道機能に対するアセチルコリンと5-HTの作用に関しては十分に解明することが出来なかった。一方、ノルアドレナリンの作用機序に関しては概ね解明することが出来た。さらに、α2受容体に共発現していると考えられているイミダゾリン受容体の膀胱尿道機能に対する影響を解明することが出来たことは新たな知見と思われる。下位排尿中枢である脊髄における膀胱機能ならびに尿道機能をコントロールしている受容体として、イミダゾリン受容体以外に5-HT受容体とアセチルコリン受容体の関与も本研究で示唆された。しかし、膀胱機能ならびに尿道機能へのイミダゾリン受容体の関与は現在のところ報告されていないため、イミダゾリン受容体の作用を残り1年間で解明する予定である。平成24年度はdopamine、norepinephrine、serotoninの膀胱・尿道機能へ及ぼす影響を網羅的に解析する。そのために本年度より研究協力者をひとり増員し、マンパワーを確保する。平成26年度は上記2つの知見を国内外の学会で口演、論文形式で発表する予定である。平成25年度はこれまで4年間の研究の集大成として、学会発表と論文作成を行う予定である。
iPS細胞由来筋細胞-CD8T細胞-マクロファージ共培養でのPM/DMの病態解明

多発性筋炎/皮膚筋炎(PM/DM)では、副腎皮質ステロイドやメトトレキサート等による病態に非特異的な治療に対し副作用や治療抵抗性を示す症例も多く、病態に基づいたより安全で効果的な新規治療薬の開発が重要である。我々の研究室では、PMモデルマウスを用いて自己免疫性筋炎の発症には、細胞傷害性CD8T細胞だけでなく、筋局所の自然免疫活性化も必須であることを示しているが、PM/DMでの筋炎発症を誘導する自然免疫活性化機序は明らかではない。また、PM/DM患者の筋病変局所でリンパ球と同程度浸潤を認めるマクロファージ(Mψ)や、筋細胞自体の筋炎の病態への寄与も不明である。そこで本研究では、ヒトiPS細胞(hiPS細胞)由来筋細胞を抗原特異的に傷害するCD8T細胞の系に対しMψを混合培養してin vivoの筋病変での炎症性細胞浸潤の状態をex vivoで再現し、Mψや筋細胞自体がCD8T細胞の筋細胞傷害能に与える影響の検証を通じ、PM/DMの病態解明を目指すこととした。平成30年度(2018年度)は、京都大学河本先生より頂いたhiPS細胞由来WT-1特異的再生CD8+T細胞(CTL)が、WT-1を提示するHLA-A*24:02陽性抗原提示細胞(LCL)により増殖・活性化することを確認にした。また、過去に我々が樹立したPM患者由来のhiPS細胞のドナーでHLA-A*24:02陽性である1例を同定した。そして、HLA-A*24:02陽性hiPS細胞株に対して筋原生転写因子MyoDを導入したMyoD-hiPS細胞が筋細胞へと分化することを確認したので、今後hiPS細胞由来筋細胞に対するWT-1特異的再生CTLの細胞傷害能を検証していく。2018年度は、hiPS細胞由来筋細胞に対する抗原特異的なCD8T細胞による細胞傷害系の確立を目指した。PM/DMでは、筋炎の病態に関わり、CD8T細胞を活性化させる特異抗原は同定されていない。そこで我々は、河本らがWT1ペプチド特異的CD8T細胞由来のhiPS細胞から分化させたWT1特異的再生CTLに着目した(Cancer Res 2016;76:6839)。WT1を提示するHLA-A*24:02は日本人の約60%がヘテロで有しているので、樹立済みのPM患者由来のhiPS細胞でHLA-A*24:02陽性例を認めれば、そのhiPS細胞を筋細胞へと分化させ、WT1存在下でWT1特異的再生CTLと共培養することで、筋細胞傷害が誘導可能と考えた。WT1特異的再生CTLとHLA-A*24:02陽性LCLを河本先生より御供与いただき、我々の施設でも、WT1存在下でLCLによりWT1特異的再生CTLが活性化・増殖する条件を確立した。また、樹立済みのhiPS細胞のドナーであるPM患者2名のHLAハプロタイプを解析し、1名がHLA-A*24:02陽性であることを確認した。そして、HLA-A*24:02陽性のPM患者由来のMyoD-hiPS細胞が筋細胞へと分化することを確認した。LCLによるCTL活性化後、回収した細胞がほぼCTLとなるよう、LCLの増殖を停止させる前処置が必要だが、実験装置の都合上、その前処置を河本研究室とは異なった方法で行なったため、その条件検討に時間を要した。また、CTLと筋細胞の共培養を様々な条件で行えるよう、hiPS細胞から筋細胞への分化を既存の方法よりスケールダウンする必要があり、小さいウェルで筋細胞へと分化する至適hiPS細胞数の条件検討にも時間を要した。よって、hiPS細胞由来筋細胞に対する抗原特異的CD8T細胞による細胞傷害系の確立には至っていない。2019年度は、HLA-A*24:02陽性のPM患者由来のMyoD-hiPS細胞を筋細胞へと分化させ、WT1特異的再生CTLによる筋細胞傷害が生じるか検証する。hiPS細胞からの筋細胞分化誘導条件下での抗原特異的再生CTLの筋細胞傷害至適条件の検討(Effector細胞/Target細胞比、細胞培養培地組成、細胞傷害評価系の検討など)を行う。また、同一PM患者由来hiPS細胞から各Mψサブセット(M1、M2)への分化も開始する。そして、確立した抗原特異的再生CTLによる筋細胞傷害系において各Mψサブセットをそれぞれ共培養し、筋細胞傷害に与える差異を検証できるよう、条件検討を行う。2020年度以降は、自然免疫活性化因子として筋細胞由来のDAMPsが筋細胞-CTL- Mψの混合培養系に与える影響を検証する。別に準備したhiPS細胞由来筋細胞を過酸化水素水や低酸素環境下で培養して傷害を与え、筋細胞培養上清や筋細胞溶解液(以後、DAMPs含有液)を回収する。そして、筋細胞-CTL-Mψ混合培養系へのDAMPs含有液の有無による筋細胞傷害への影響や、DAMPs含有液のMψや筋細胞への作用による自然免疫活性化への寄与(Mψ、筋細胞のサイトカイン発現プロファイル解析等)の検証を行う。DAMPs含有液が自然免疫活性化・筋細胞傷害に寄与する場合は、原因DAMPsの同定を進める。以上、上記計画で得られた結果は、適宜、学会等で発表を行っていく。

多発性筋炎/皮膚筋炎(PM/DM)では、副腎皮質ステロイドやメトトレキサート等による病態に非特異的な治療に対し副作用や治療抵抗性を示す症例も多く、病態に基づいたより安全で効果的な新規治療薬の開発が重要である。我々の研究室では、PMモデルマウスを用いて自己免疫性筋炎の発症には、細胞傷害性CD8T細胞だけでなく、筋局所の自然免疫活性化も必須であることを示しているが、PM/DMでの筋炎発症を誘導する自然免疫活性化機序は明らかではない。また、PM/DM患者の筋病変局所でリンパ球と同程度浸潤を認めるマクロファージ(Mψ)や、筋細胞自体の筋炎の病態への寄与も不明である。そこで本研究では、ヒトiPS細胞(hiPS細胞)由来筋細胞を抗原特異的に傷害するCD8T細胞の系に対しMψを混合培養してin vivoの筋病変での炎症性細胞浸潤の状態をex vivoで再現し、Mψや筋細胞自体がCD8T細胞の筋細胞傷害能に与える影響の検証を通じ、PM/DMの病態解明を目指すこととした。平成30年度(2018年度)は、京都大学河本先生より頂いたhiPS細胞由来WT-1特異的再生CD8+T細胞(CTL)が、WT-1を提示するHLA-A*24:02陽性抗原提示細胞(LCL)により増殖・活性化することを確認にした。また、過去に我々が樹立したPM患者由来のhiPS細胞のドナーでHLA-A*24:02陽性である1例を同定した。そして、HLA-A*24:02陽性hiPS細胞株に対して筋原生転写因子MyoDを導入したMyoD-hiPS細胞が筋細胞へと分化することを確認したので、今後hiPS細胞由来筋細胞に対するWT-1特異的再生CTLの細胞傷害能を検証していく。2018年度は、hiPS細胞由来筋細胞に対する抗原特異的なCD8T細胞による細胞傷害系の確立を目指した。PM/DMでは、筋炎の病態に関わり、CD8T細胞を活性化させる特異抗原は同定されていない。そこで我々は、河本らがWT1ペプチド特異的CD8T細胞由来のhiPS細胞から分化させたWT1特異的再生CTLに着目した(Cancer Res 2016;76:6839)。WT1を提示するHLA-A*24:02は日本人の約60%がヘテロで有しているので、樹立済みのPM患者由来のhiPS細胞でHLA-A*24:02陽性例を認めれば、そのhiPS細胞を筋細胞へと分化させ、WT1存在下でWT1特異的再生CTLと共培養することで、筋細胞傷害が誘導可能と考えた。WT1特異的再生CTLとHLA-A*24:02陽性LCLを河本先生より御供与いただき、我々の施設でも、WT1存在下でLCLによりWT1特異的再生CTLが活性化・増殖する条件を確立した。また、樹立済みのhiPS細胞のドナーであるPM患者2名のHLAハプロタイプを解析し、1名がHLA-A*24:02陽性であることを確認した。そして、HLA-A*24:02陽性のPM患者由来のMyoD-hiPS細胞が筋細胞へと分化することを確認した。LCLによるCTL活性化後、回収した細胞がほぼCTLとなるよう、LCLの増殖を停止させる前処置が必要だが、実験装置の都合上、その前処置を河本研究室とは異なった方法で行なったため、その条件検討に時間を要した。また、CTLと筋細胞の共培養を様々な条件で行えるよう、hiPS細胞から筋細胞への分化を既存の方法よりスケールダウンする必要があり、小さいウェルで筋細胞へと分化する至適
多孔質電極の能動的不均一化による高電流密度SOFC

固体酸化物形燃料電池(SOFC)の燃料極微構造は数100nmまで微細化している。ガス拡散性を担保するため造孔材により直径数ミクロンのメゾスケール空隙が導入されるが、現状では造孔材の粒子径・量・分布に科学的な根拠は薄い。本研究はSOFCの多孔質燃料極において、不均一なメゾスケール空隙を科学的理解に基づいて能動的に取り入れることで高発電密度を実現することをめざす。精密な拡散実験と、多孔質微構造の解析、さらに構造データに基づく数値解析を実施し、燃料極内ガス輸送現象を解明することでSOFCの発電密度の向上を実現する。
大韓帝国における日本人の学術文化活動に関する調査

在韓日本人の学術文化活動の基礎的作業として、日本人居留民団の実体やその活動状況を調査した。居留民団や商業会議所による地域発達の歴史を記した『京城發達史』(明治45年)『平壌發展史』(大正3)『元山發展史』(大正5)『忠州發展誌』(大正5)『大田發展誌』(大正6)などと、このほかに行政機関や各地の新聞社が編纂したものの調査によって明らかになったことは以下のようである。(1)日本人社会は、開港場を中心にして主に経済活動をする人々による港会議の設立にはじまり、京釜線・京義線の鉄道開設によって内陸の駅を中心にした新たな商業流通拠点の登場により、全国各地に形成されていき、日露戦争によって日本人の流入とその活動が急増した。(2)1887年に領事館の布達によって仁川、釜山、元山の開港場に作られはじまった居留民団は、防穀令事件にみられるように日本政府に対する圧力団体としてその意義を認めていた。また、神社設立もそうであったが、学校組合は居留民団の自治を象徴するものであった。このような居留民団は、府制実施によって1914年廃止されるまで、現地人とは殆ど接触せず、隔離独立した日本人社会であった。(3)関野貞らの古跡調査によって平壌の楽浪遺跡、慶州の新羅が世間に注目されていたし、日清戦争とともに文禄・慶長の役関連遺跡がその近隣地域の居留民に注目され、その保存や宣伝活動につながっていた。このような歴史的なゆかりの存在の確認は、定住志向を強めていった文化活動でもあった。(4)約16地域での約40種と確認された新聞は各種情報や知識の伝達を担ったし、各地の測候所や勧業模範場に派遣された日本人技術者は、その地域社会に科学的学問伝播の役割を担ったものと考えられる。韓国研究会談話録の記事分析、在韓日本人発行の新聞・雑誌および在韓日本人の出版物の調査をおこなった今年においては、以下のことが明らかになった。(1)幣原坦の朝鮮儒学や箕子、関羽廟に関する報告、鮎貝房之進の薩満教習俗報告と、韓国固有文学の歴史を紹介した韓文学は、朝鮮学術研究史上の意義は大きい。(2)日本人による新聞は、実物の確認できないものを含め、40以上を数えられる。(3)出版図書は、桜井義之の『朝鮮研究文献誌』と末松保和編『朝鮮研究文献目録』により現物確認をしながらリスト作成中である。なお、幣原の『韓国政争志』、鮎貝の『雑巧』、前間恭作の『古鮮冊譜』『韓語通』など、韓国研究会メンバーの著書は、注目すべき業績といえよう。(4)各自任務を持ち現地体験やそれに基づいた調査研究を報告しあったサロンのような存在としての韓国研究会と、『韓国研究会談話録』の存在は、当時韓国人の啓蒙団体の活動とともに考えると、近代都市ソウルの知識人の活動の一面を共有していたものと評価できよう。(5)『韓國地理風俗誌叢書』収録資料を通じて、大韓帝国期の政治・経済・社会的状況把握ができて、当時の学術文化研究の知見を広げることが出来た。(6)韓国研究会に先だつ3・4年前に「朝鮮会」が出来て機関紙『朝鮮月報』を出していたことがわかった。文部省派遣韓国留学生第一号であった金沢庄三郎、前間恭作らの論稿が発表されているという。なお、一年目の今年度の予算は、パソコン一式と『韓國地理風俗誌叢書』(200冊)を購入し、現地調査と資料収集のための韓国出張を行った。

(4)約16地域での約40種と確認された新聞は各種情報や知識の伝達を担ったし、各地の測候所や勧業模範場に派遣された日本人技術者は、その地域社会に科学的学問伝播の役割を担ったものと考えられる。
粘性土の擁壁構造物の排水機能のある高剛性補強材と剛性壁面工を用いる補強工法の研究

細粒分を大量に含有する砂質土や関東ロ-ムなどの火山灰粘性土等の透水性の悪い土を盛土材に用いて、豪雨・地震や盛土上部での鉛直・水平荷重に対して安定であリ変形量が少ない経済的な鉛直に近い法面を持つ擁壁の補強土工法の実用化の研究を行った。即ち、補強材の加圧土中での透水試験・引張り試験・模型実験・補強粘性土盛土の圧密雨水浸透解析・壁面工の剛性の効果を取り込んだ極限釣合法安定解析法・有限要素法による解析等を行うことにより、(a)補強材の排水性・引張り剛性、(b)施工条件(段階施工の妥当性)の検討、(c)補強材配置(上下間隔、長さ等)、(d)剛性のある壁面工の設計法の研究を行った。その結果、排水機能を有し引張り剛性と強度がある面状の短い補強材(例えば引張り剛性・強度のある繊維で補強された不織布などのGeotextile)を裏込めの盛土内に配置することにより粘性土の補強が可能になることが分かった。また、全体的な剛性のある壁面工を用いることによる擁壁の安定性の向上が向上し、補強材長は擁壁高さの30-50%程度でも良いことが判明した。更に、盛土沈下による補強材と剛な壁面工との間の相対沈下による補強材の壁面工接続部での損傷は避け、かつ盛り立て中に補強材に十分大きい引張り力を発生させるために、まず法面に補強材と連結した俵等を用いて裏込めの盛土を行う方法が有効であり実際的であることが分かった。実際には、盛土天端の沈下がある程度収まった後、盛土と連結するように剛な壁面工を建設する段階施工法が有効であることが分かった。本工法は、本研究の成果を基礎にして既に東海道本線・新幹線車両基地を含む鉄道盛土の既存緩勾配斜面を鉛直面を持つ擁壁化する目的で全長6km以上用いられきた。また、数ヵ所で従来の鉄筋コンクリ-ト製の橋台に替わり本工法による補強土擁壁が用いられ、橋桁を直接支持している。現在まで、過度な沈下などの問題は全く報告されていない。
第３次革命を迎えた宇宙論的銀河形成流体シミュレーション：原始銀河形成と宇宙再電離

宇宙論的銀河形成流体コードGADGET-3を用いて、早期宇宙から現在に至るまでの銀河形成と進化の統一的理解を推進した。具体的には、新たな超新星爆発モデルとダストの破壊・成長モデルをシミュレーションコードに組み込み、ダストとメタルを空間的・時間的に追うことに成功した。銀河の光度関数や質量関数、及びダストによるextinctionの空間分布も計算した。また、宇宙論的ズーム計算においては、矮小銀河の質量獲得史および星形成史を調べた。その結果、フィードバックが強いモデルにおいては、ガスが吹き飛ばされて銀河円盤が破壊され、より乱れたガス分布の初代銀河が形成されることがわかった。我々はこれまで宇宙論的流体シミュレーションを主に宇宙論的な体積で実行してきたが、それではどうしても解像度がkpcスケールを切ることができなかった。そのため、最近ではズームインシミュレーションが数多く行われるようになり、これによって宇宙論的な初期条件を保ったまま、解像度を上げて特定領域の銀河形成を解くことができるようになってきた。本研究は、新たな超新星爆発フィードバックモデルを構築し、それを用いて最終的には宇宙論的ズームシミュレーションを走らせることを目的としている。H26年度には、まずこのフィードバックモデルの新たな構築を開始した。また、H26年度8月に、コード開発の事前準備の段階で当初の予想に反してズーム流体シミュレーションをスパコンに多数同時に並列に走らせる最のジョブ投入と計算のロードバランスに不具合が発生することが判明し、追加で検証実験が必要となった。繰り越した経費ではその研究を続けるとともに、超新星爆発のモデル開発とコードテストも継続した。H27年度中には、超新星爆発のモデル開発をまず孤立銀河系において開発及びテストを行った。旧来のモデルでは超新星爆発が起きた後、単に熱的エネルギーを周辺のガス(SPH)粒子にばらまき、かつ解像度の限界を克服するために運動エネルギーも同時にSPH粒子に与えて銀河風などの現象を再現する手法が主流であった。ここ数年では、超新星爆発に加えて大質量星からの星風や輻射によって超新星が爆発する以前に周辺の星間物質にまずフィードバックがかかり、その後の超新星爆発フィードバックの効率がよりよくなるという指摘がされていた。我々はこの流れを受けて、超新星爆発が起きる以前の400万年間においては大質量星からの熱的フィードバックを考慮し、その影響を孤立銀河系において調べた。新しい超新星フィードバックモデルを組み込んだ孤立系銀河におけるテストミュレーションを走らせたが、様々なコードのクラッシュが起きた。時間がかかったが、そのデバッグをする過程でモデルの物理的妥当性が検証でき、特にフィードバックによって吹き出る銀河風の速度についての理解が深まった。また、最初に雇用した研究支援員が新たな職を得て転出することが決まったため、早急に後任の研究支援員を公募し、雇用することとしたため、その間の引き継ぎにも時間がかかった。上述した超新星フィードバックモデルにおいては、その爆発エネルギーを分配するSPH粒子をどのように取るかによって、そのフィードバックを受けた粒子の運動エネルギーが時には1000km/sを越すような速度を持ってしまうことがあり、注意を要することを孤立銀河系のテスト計算から見出した。これは単純な超新星爆発のSedov-Taylor解を使用すると爆発の影響を見積もる半径が短めに出てしまい、結果として非常に数少ない粒子に多くのエネルギーが分配されてしまうことによって起きてしまう。そこで我々はより長時間にわたってガス冷却などの効果を考慮して爆発半径を見積もったChevalier (1974)の解析結果を利用することで、この問題を解決することに至った。我々はこれまで宇宙論的流体シミュレーションを宇宙論的なスケール(>50Mpc)の体積で実行してきたが、それではどうしても解像度がkpcスケールを切ることが低赤方偏移ではできなかった。そのため、最近ではズームインシミュレーションが数多く行われるようになり、これによって宇宙論的な初期条件を保ったまま、解像度を上げてある特定の領域の銀河形成を解くことができるようになってきた。本研究では、新たな超新星爆発(SN)フィードバックモデルを構築し、それを用いてズームインシミュレーションを高解像度で実行することを目的としている。H27年度には、まずこのSNフィードバックモデルの新たな構築とそのテストを行った。特に超新星そのものが爆発する以前に、大質量星からの星風や輻射によって周辺の星間ガスが吹き飛ばされて、その後のSN爆発の効率が上がるという効果を取り入れるべく、星が形成されてから約4Myrの間は熱的フィードバックを受け、その後SNフィードバックが効くというモデルを孤立銀河系でテストすると共に、宇宙論的シミュレーションコードに取り込んだ。孤立銀河系においては、新しいフィードバックモデルにおいては、従来のモデルに比べてフィードバックの効率が確かに上がり、初期の星形成率が抑制されることが判明した。これは、最近Stellar-to-halo mass ratio (SHMR)のデータとして観測されている通り、low-mass haloにおいて星形成が抑制されてabundance-matching techniqueの結果とよりよく合致するという意味で、観測データにより近い方向にシミュレーション結果が向かっていることを意味する。新しいSNフィードバックモデルを組み込んだ宇宙論的シミュレーションを走らせると、様々なコードのクラッシュが起きたため、そのデバッグに時間がかかった。また、テスト計算における解像度で組み込んだフィードバックモデルが物理的に正しいものになっているかどうかという検証に想定より時間がかかった。また、最初に雇用した研究支援員が新たな職を得て外部に転出することが決まったため、早急に後任の研究支援員を公募して雇用したが、その間の引き継ぎにも時間がかかった。しかしながら、当初予定していたSNフィードバックモデルの開発とテストはあらかた終了し、これから最終的なproduction runの実行とその解析に移行していく。

H28年度は、前年度に開発した大質量星によるstellar feedbackと超新星爆発(SN)feedbackのモデルを用いて、孤立系銀河及び宇宙論的シミュレーションを実行した。孤立系銀河においては、stellar feedbackによる効果はあまり強くはないが、メタル分布に違いが出て、SN feedbackにより主に星形成が阻害されることがわかった。また、同時にダストの生成・破壊を含む2成分ダストモデル(Hirashita 2015)を実装し、ダストとメタルを空間・時間的にシミュレーションすることに成功した。これらの結果は、Aoyama et al. (2017)として論文発表した。また、孤立系銀河と宇宙論的シミュレーションの双方について、フィードバックモデルの影響についたまとめた論文の投稿準備もしている(Shimizu et al. 2017, in preparation)。さらに宇宙論的なズームシミュレーションも実行し、各種のSN feedbackが初代銀河形成に及ぼす影響について詳細に調べた(Yajima et al. 2017, submitted)。その結果、フィードバックが強いモデルにおいては、ガスが吹き飛ばされて円盤が破壊され、よりchaoticなガス分布の初代銀河が形成されることがわかった。SN feedbackによって星形成がz>10においては断続的になり、その後はスムーズに成長することも発見した。ダークマター(DM)ハローの中心部でスターバーストが起きると、そのポテンシャルが撹乱され、DMプロファイルのカスプが一時的に消え、またしばらくするとガスのinfallによって回復することも発見した。これはCDMモデルの問題の一つとして考えらているカスプについて重要な示唆を与える結果である。我々のズームシミュレーションで成長した銀河は、z=7-8で観測されているLy-alpha emitterの星形成率や星質量をよく再現している。宇宙論的銀河形成流体コードGADGET-3を用いて、早期宇宙から現在に至るまでの銀河形成と進化の統一的理解を推進した。具体的には、新たな超新星爆発モデルとダストの破壊・成長モデルをシミュレーションコードに組み込み、ダストとメタルを空間的・時間的に追うことに成功した。銀河の光度関数や質量関数、及びダストによるextinctionの空間分布も計算した。また、宇宙論的ズーム計算においては、矮小銀河の質量獲得史および星形成史を調べた。その結果、フィードバックが強いモデルにおいては、ガスが吹き飛ばされて銀河円盤が破壊され、より乱れたガス分布の初代銀河が形成されることがわかった。
複雑な地形・地物上の風況予測に関する数値解析システムの開発

本研究の目的は,わが国の多様性に富む地形とその周辺地域における風況場と風環境を精度良く予測評価することである.このため一連の風環境数値解析システムを開発し,また同時に大型風洞および温度成層風洞を用いた実験研究を行ってきた.得られた成果は以下に示す通りである.数値解析に関しては,1)様々な複雑地形,複数の構造物および建築物周辺の風況場に対して,効率的で扱い易い計算格子生成方を開発した.矩形格子近似法によるこの方法は数値地図データを併用すると容易に計算格子が生成可能である.2)高いレイノルズ数の乱流場を計算できる高精度な乱流モデル(特にLES)を開発した.様々なサブグリッドモデルを試用し,ダイナミックSGSモデルの有用性を確認した.3)大気の成層性が風況場に及ぼす影響を検討するため,浮力の効果を取り入れた成層流計算のための計算プログラムを開発した.4)これらのプログラムを統合し,様々な地形周辺の風況場と風環境に柔軟に対応できる数値解析システムをほぼ完成することができた.しかし,地面境界条件など,適切な境界条件をどう扱うかが課題である.風洞実験研究に関して5)大型風洞を用いて地形モデルを風洞測定部に設置し,地形周辺風況場の乱流特性を調べた.6)温度成層風洞を用いて大気の成層性が地形周辺流れに及ぼす影響を調べた.すなわち,日中の対流境界層,夜間の安定境界層の特徴的な流れパターンを抽出できた.本研究の目的は,わが国の多様性に富む地形とその周辺地域における風況場と風環境を精度良く予測評価することである.このため一連の風環境数値解析システムを開発し,また同時に大型風洞および温度成層風洞を用いた実験研究を行ってきた.得られた成果は以下に示す通りである.数値解析に関しては,1)様々な複雑地形,複数の構造物および建築物周辺の風況場に対して,効率的で扱い易い計算格子生成方を開発した.矩形格子近似法によるこの方法は数値地図データを併用すると容易に計算格子が生成可能である.2)高いレイノルズ数の乱流場を計算できる高精度な乱流モデル(特にLES)を開発した.様々なサブグリッドモデルを試用し,ダイナミックSGSモデルの有用性を確認した.3)大気の成層性が風況場に及ぼす影響を検討するため,浮力の効果を取り入れた成層流計算のための計算プログラムを開発した.4)これらのプログラムを統合し,様々な地形周辺の風況場と風環境に柔軟に対応できる数値解析システムをほぼ完成することができた.しかし,地面境界条件など,適切な境界条件をどう扱うかが課題である.風洞実験研究に関して5)大型風洞を用いて地形モデルを風洞測定部に設置し,地形周辺風況場の乱流特性を調べた.6)温度成層風洞を用いて大気の成層性が地形周辺流れに及ぼす影響を調べた.すなわち,日中の対流境界層,夜間の安定境界層の特徴的な流れパターンを抽出できた.本研究の目的は,空間スケールが数十mから数+kmの範囲を対象とした局所地形規模の大気流れを精度良く数値解析するための計算コードを開発し,実用化することである.このため,本年度の目的を次のように設定した.(1)一連の風環境数値解析システムの開発,特に数値解析の力学フレームとして最も基本的で重要な格子生成法を確立すること.(2)その格子系に適した変数配置,計算アルゴリズムを検討し,計算を精度良く安定に進めるための手法を開発することである.これらに対し,以下のことが達成できた.(1)複雑地形および複数建物群などの複雑な形状を容易に表現することが可能な格子生成方法を開発した.その方法とは,複雑地形を直方体の積み重ねで近似する方法である.(これを「矩形格子近似法」と呼ぶことにする).この矩形格子近似法は格子生成が極めて簡単で,前処理に要する時間が節約でき,なおかつソルバー自体も簡略化される.将来の計算機能力の向上を見込むと,地形表面で格子間隔を密にしさえすれば,精度の向上が保証されている.格子の分解能をどの程度にするかはCFD(数値流体力学)では慎重なsensitivity testが要求され,かつ労力の必要なステージである.複雑地形として最も基本的な孤立峰周りの流れに,この矩形格子近似法と一般化座標を使ったBFC(Body-Fitted Cordinate)法による解析を適用し,計算能率を比較した.同程度の未知数を使用した場合,矩形格子近似法では十分な精度と計算速度の向上が認められた.また,この方法を適用するに当たっての技術的な知見をいくつか得ることが出来た.(2)矩形格子近似法では変数のスタッガード配置が計算の安定性.精度上,最も有効な配置であることを見出した.またBFCは変数のコロケート配置が最も適していることを明らかにした.今後はこれらを用いて,大気の温度効果を考慮した成層流および高レイノルズ数化を目指した開発を行う予定である.本研究の目的は,空間スケールが数十mから数十kmの範囲を対象とした局所地形規模の大気流れを精度良く数値解析するための計算コードを開発し,実用化することである.このため,本年度の目的を次のように設定した.(1)高いレイノルズ数流れの計算を行うため,LES計算を進める.(2)各種の格子系に適した変数配置,計算アルゴリズムを検討し,計算を精度良く安定に進めるための手法を開発する.

(3)乱流場としての流入条件を検討し,乱流境界層中の地形,地物周りの流れの計算を進める.これらに対し,以下のことが達成できた.(1)LES計算においては,まず基本的なモデルとなるスマゴリンスキーモデルを採用し,基本流れとなる平行平板内の流れを計算した.十分な精度の解が得られたので,複雑地形へと発展させた.具体的な対象として海上空港となる新北九州空港周辺の流れをLESでシミュレートした.平行して行った風洞実験において流れの可視化で得られた特徴(具体的には内陸側の山間部からの大規模な渦構造を伴った大きな乱れを有する風)が,本LES計算においても明確に捉えられた.(2)計算格子として複雑地形を表現するために矩形格子近似法を採用した.この変数配置ではスタッガード配置が計算の安定性,精度上,最も有効な配置であることを見出した.またBFCは変数のコロケート配置が最も適している.(3)実際の大気流れを計算するためには,流入条件として乱流場を模擬する必要があるが,本研究では計算領域の上流にドライバ部を設け,そこで十分に乱流境界層を発達させる手法を採用した.この手法は簡便であるが,所定の乱流場を生成するためにはフィードバックをかける必要があり,今後の検討課題となった.本研究は広範囲の時間空間スケールに及ぶ大気運動のうち,特に空間スケールが数メートルから数キロメートル程度の局地的な風況解析に的を絞り,汎用性の高いアプリケーションシステムを構築することを目的とする.この目的に対して,今年度の研究目的を次のように設定した.(1)高レイノルズ数の流れ解析を行うために乱流モデルのLES計算を進める.(2)各種の格子系に適した変数配置と差分近似を検討して,高精度な数値予測のための数値計算法を確立する.(3)流入条件としての乱流場を検討する.これらの課題に対して以下のことが達成できた.(1)LES計算ではSGSモデルとしてスマゴリンスキーモデルを採用し,計算データの豊富な壁面せん断乱流場の計算を行い,計算コードの精度を検証した.次に実地形への適用を行い,局所的な地形の起伏による風況場の変化,つまり,風の増速や減速を再現できることを示した.(2)デカルト座標系ではスタガード格子,一般曲線座標系ではコロケート格子を採用することで非常に効率良く数値解が得られることを見出した.特に両者の計算時間はほぼ同じで,かつ得られる風系場もほぼ類似な傾向を示すことを明らかにした.(3)実際の大気乱流場を再現するために,計算領域の上流にドライバ部を設置し,そこで非定常な流体計算を行う方法を検討した.この方法の有効性を示したものの,所定の乱流場を生成するにはさらにパラメータを適切に設定する必要があるなど,今後の課題も残った.