hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
相乗型豪雨災害時の交通マネジメントの理論再構築と社会への実装

本研究課題は,今後も頻発することが見込まれる相乗型豪雨災害時の交通マネジメントのための理論再構築と社会への実装を行うことを目的とする。広島・呉・東広島を結ぶ交通ネットワークを対象として,被災直後から復興期までの過程を4つの復旧・復興段階に分け,行動論の立場から主としてデータ収集,心理・行動分析,政策評価について基礎研究と応用研究を行う。開発した一連の手法をパッケージ化したソフトウェア「TMRescue」を完成させ,豪雨災害時および大規模イベント時に適用し,その実用性および汎用性を検証する。本研究は、近年の豪雨災害の状況を背景として、相乗型(土砂災害と洪水および内水氾濫の相乗)豪雨災害時における交通マネジメントの理論再構築を行い、その社会実装を目指すものである。具体的には、広島・呉・東広島を結ぶ交通ネットワークを対象として、社会的ネットワーク(SNSなど)を考慮した緊急避難行動の予測手法の開発、災害時パッシブデータに基づく短期交通需要・供給量推計手法の開発、などに取り組む内容である。復旧・復興段階を4つに分けて、供給サイドと需要サイドの社会的課題を整理し、その課題に理論と応用の両面から丁寧に取り組もうとしており、得られる成果の波及効果は大きい。開発される手法をソフトウェアとしてとりまとめ、各自治体に配布することは、社会貢献の面からも有益である。本研究の学術的意義は相乗型の災害への対応にあり、従来の方法では解決できなかった交通問題に糸口を見いだせると期待される。
トポロジカル量子相とその階層構造，不純物に対する頑強性の理論的研究

多様化するトポロジカル物質について、多角的に研究を行っている。本年度は非エルミートなトポロジカル絶縁体という新しい領域に取り組んだ。これまで考えられてきたトポロジカル絶縁体は、(当然のことながら)エルミートなハミルトニアンによって記述されるエルミートなトポロジカル絶縁体である。非エルミートな系の量子力学はまだ未開拓で未知の点が多い分野であるが、最近、このような系におけるトポロジカル相が盛んに議論されるようになった。[1]我々は現在、従来のエルミートな系のトポロジカル相が非エルミートな系にどのように一般化されるか、典型的なトポロジカル絶縁体を用いて調べている。非エルミートなトポロジカル相においては、いわゆる非エルミート(異常)表皮効果により、バルク状態も一般にはシステムの表面(エッジ)に偏在してしまうため、トポロジカル相を特徴づけるための一般的手段であるバルク・エッジ対応が、通常の意味では成り立たない。我々はこの点に特に留意しつつ、理論的な解析を進め、非エルミート・トポロジカル相を定量的に記述する手法を開発、実用に向けて改良中である。これらの結果について、近日中に論文にまとめ、公表する予定。非エルミート・トポロジカル現象という新しい分野の開拓に取り組んだため。非エルミート(異常)表皮効果を回避し、非エルミート・トポロジカル相を定量的に記述する我々の理論について早急に論文にまとめたい。非エルミート・トポロジカル相の不純物に対する頑強性についても調べ、エルミートなトポロジカル相とその頑強性について比較する。『トポロジカル絶縁体ナノ構造に現れる量子交差点の物理の研究』:弱いトポロジカル絶縁体(WTI)はその異方性により,面の方向や境界条件に応じて,金属的な表面状態を出したり,引っ込めたりすることが可能で,実は強いトポロジカル絶縁体(STI)より制御性が高く,応用上も研究価値が高い.具体的な応用例として,『トポロジカル絶縁体を使った消費電力「ゼロ」のナノ回路の実装』が挙げられる[1].WTIには異方性があり,劈開面の方向とこの異方性の兼合いで表面状態が現れない絶縁面が存在する.このような劈開面上にナノステップを作ると,それに沿ってトポロジカルに保護された1次元完全伝導チャンネルが現れる.論文[1]では,テラスの淵やアイランドの周りに1次元的な伝導チャンネルがただ1つ現れるやや理想的な状況を考え,このような場合にはこの1次元モードが実際トポロジカルに保護され、不純物に対して頑強であることを検証した.より現実的なナノ構造上に複数の1次元チャンネルが現れ,互いに干渉し合う状況が想定される.本研究ではこのような状況を考え,格子模型を用いたモデル化によりナノ構造物の形状を実装し,主として数値計算に1次元的な伝導チャンネルの不純物に対する頑強性を調べた[2].このような言わば「量子交差点」の物性を明らかにすることは,消費電力「ゼロ」のナノ回路実装のために重要なステップとなると期待される.本研究計画のもう1つの軸である『乱れのあるディラック・ワイル半金属系における状態密度スケーリング』[3]については,競争の激しい分野であり,海外の競合する研究グループから少なからぬ研究成果が発表された.例えば,論文[4].この論文が発表されたため,我々の研究成果の一部が発表しにくくなったかもしれない.現在対策を検討中.トポロジカルな性質の次元間クロスオーバー/薄膜,ナノリボン等におけるトポロジカルな特性の研究を行ってきた.トポロジカルな性質は不純物等による摂動に強い反面,有限サイズや形状効果を受けて,発現したり,消失したりする.例えば,トポロジカル絶縁体ナノ薄膜の系では,層数を変えることで金属的な表面状態をスイッチ・オン/オフすることができる.純粋な2次元極限では(1層の場合)自明な絶縁体がただ積層するだけで,例えば,2層積み重ねただけでトポロジカル絶縁体になることもある.最近,トポロジカル絶縁体薄膜に関するこの研究を発展させ,ワイル半金属薄膜とトポロジカル絶縁体薄膜との比較研究をおこなった.ワイル半金属(Weyl semimetal)薄膜の電子状態に関する研究を行った.ワイル半金属はいわばトポロジカル絶縁体のギャップレス版である.価電子帯と伝導帯はワイル点で点接触した分散関係を示すが,これはトポロジカル絶縁体の表面に現れるDirac coneがバルクに潜り込んだものと捉えることもできる.ワイル半金属の表面にはカイラルな表面状態が現れ,これは波数空間でフェルミアークと呼ばれる特徴的な形状を示す.トポロジカルな分類にはしばしば上部構造と下部構造がある.例えば,Z2トポロジカル絶縁体の場合,強い指数と弱い指数があり,表面Dirac coneの数で言えば,mod 2の分類の下にmod 4での分類がある.ワイル半金属の場合,Weyl coneの傾き具合によるI型,II型という分類も存在する.また,トポロジカル絶縁体をベースにワイル半金属を構成する場合,時間反転か空間反転のどちらかを破らなければいけない.本研究では,時間反転を破るタイプのワイル半金属について,表面状態の輸送特性という観点から別の分類法を提案した.ワイル半金属(Weyl semimetal)薄膜の電子状態に関する研究を行った.ワイル半金属はいわばトポロジカル絶縁体のギャップレス版である.

価電子帯と伝導帯はワイル点で点接触した分散関係を示すが,これはトポロジカル絶縁体の表面に現れるDirac coneがバルクに潜り込んだものと捉えることもできる[1].ワイル半金属の表面にはカイラルな表面状態が現れ,これは波数空間でフェルミアークと呼ばれる特徴的な形状を示す.薄膜というナノ構造を導入することは母物質である3次元トポロジカル物質を2次元的な系に変質させる一方,2次元的な層状の系を積層していけば系の3次元的特性が強まる.本研究ではこのような次元性の制御により積極的に新奇なトポロジカル特性,あるいはそれに付随した機能性の探索を目指した.具体的にはワイル半金属薄膜系を考え,不純物の存在下で伝導度の計算を行った.先程「ワイル半金属の表面にはカイラルな表面状態が現れ...」と述べたが,実際には表面状態がそこで示唆されるような純粋なchiralityを持つ場合と,そうでない"non-chiral"な場合と2つの場合が考えられる.ノンカイラルなワイル半金属薄膜の場合,一般に有限幅のナノバー状試料の伝導度はトポロジカルな値と異なる[1].一方,不純物強度を増して後方散乱を導入し,トポロジカルに保護されていない寄与を除去してしまうと,伝導度はトポロジカルな値に近づいていく(創発的トポロジカル特性).多様化するトポロジカル物質について、多角的に研究を行っている。本年度はトポロジカル量子ポンプに対する不純物効果について研究を行った他、高次トポロジカル絶縁体の研究に着手した。トポロジカルな量子ポンプはトポロジカル絶縁体の「時間方向版」である。トポロジカル量子ポンプの理論的な提案はThoulessの論文[1]まで遡るが、最近これが冷却原子系を用いての実験的に実装された[2]。本研究ではそのようなトポロジカル量子ポンプに対する不純物効果について調べ、量子化された電子ポンプが不純物に対してどの程度頑強であるか検証した。従来型トポロジカル絶縁体の研究からやや派生して高次トポロジカル絶縁体の研究に着手した。従来型のトポロジカル絶縁体において、そのトポロジカルな性質はいわゆるバルクエッジ対応の関係に保護されている。この関係は、双極子的な対応関係である。これに対し、高次トポロジカル絶縁体ではその多極子版にあたる対応関係が成り立つ。本研究では、トポロジカル絶縁体等において見られるトポロジカルな性質の階層構造について研究してきた。このような階層構造の例として、強いvs.弱いトポロジカル絶縁体、トポロジカル結晶絶縁体等の例があったが、最近注目を集めている高次トポロジカル絶縁体はこれらとは一線を画す新しい系統の高次トポロジカル物質である。トポロジカル量子ポンプに対する不純物効果の研究において一定の成果を得た。この研究結果については、国際会議LT28で発表を行った。また、研究成果を論文にまとめたものを当国際会議の会議録に発表した。J. Phys. Conf. Ser.に出版済み。最近注目を集めている高次トポロジカル絶縁体の研究に着手した。これについて、2018年春の物理学会で発表を行った他、現在投稿論文を執筆中。多様化するトポロジカル物質について、多角的に研究を行っている。本年度は非エルミートなトポロジカル絶縁体という新しい領域に取り組んだ。これまで考えられてきたトポロジカル絶縁体は、(当然のことながら)エルミートなハミルトニアンによって記述されるエルミートなトポロジカル絶縁体である。非エルミートな系の量子力学はまだ未開拓で
岩石供試体を対象とする極低温三軸圧縮試験装置の開発

極低温液化燃料の岩盤内貯蔵方式の設計・施工で実施される空洞周辺岩盤の熱応力解析では,水や氷が内在する岩盤の破壊包絡線または強度定数(粘着力・内部摩擦角)を把握する必要がある。しかし,国内・国外を問わず極低温下(-196°C程度)までの温度範囲における破壊包絡線または強度定数を報告した例は見当たらない。そこで本研究課題では,極低温環境下でも実験可能な岩石用三軸圧縮試験装置の開発を行い,さらに,-170°Cにおける飽和含水岩石の三軸圧縮試験を実施し,凍結岩石の破壊包絡線・強度定数の温度依存性を検討することを目的とする。本研究の実施計画は,(1)岩石用極低温三軸圧力室の設計・製作,(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験,(3)極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験の3項目から成る。本研究課題で開発する三軸圧力室の特徴は,極低温状態を保持したまま三軸圧縮試験を実施するための仕組みを簡潔にするため,側圧を載荷後に圧力発生装置と三軸圧力室とを切り離し,三軸圧力室を液体窒素の入った恒温槽に入れる方法を採用したことにある。平成30年度は平成29年度に引き続き(1)について実施した。はじめに,昨年度詳細設計を終えた三軸圧縮室の部品加工と組立を行い,次に,組立てた三軸圧力室に対して,室温下でのセル圧載荷性能評価を実施した。その結果,設計仕様の圧力(20MPa)までセル圧を載荷することができなかった。その原因について検討したところ,パッキン・ガスケット部などからの液体圧力媒体の漏れは見られなかったことから,三軸圧力室に液体圧力媒体を充填する際の空気抜きの仕組み,または,作業手順に問題があることが示唆された。また,本年度は新たに三軸圧力室をー170°Cに冷却保持するための冷却装置について詳細設計を終えた。平成30年度は,(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験を計画していた。しかしながら,部品加工に当初の計画以上に時間を費やしたため,三軸圧力室の組み立てが遅れた。また,組み立てた三軸圧力室のセル圧載荷性能評価を実施したところ,設計仕様の20MPaまでセル圧を載荷することができなかった。これについては,現在,問題点を検証しているところである。さらに,三軸圧力室を冷却するための冷却装置についても,詳細設計に時間が掛かってしまい,こちらも製作を終えることができていない。以上の理由により,実際の岩石を用いて極低温下(ー170°C)における三軸圧縮試験を実施し,実用化に向けての問題点の検証とその改善を行うことはできなかった。したがって,本研究課題の達成度は遅れていると判断した。本研究課題は,(1)岩石用極低温三軸圧力室の設計・製作,(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験,(3)極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験の3項目から成る。2019年度(最終年度)は,(1)のセル圧載荷性能評価において問題が生じた原因について,早急に検討・改善を施した後,(2)に関して,本研究課題で新たに開発する岩石用極低温三軸圧縮試験装置の実証試験を行う計画である。さらに(3)に関して,極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験を実施し,ー170°Cにおける飽和含水岩石の破壊包絡線・強度定数(粘着力・内部摩擦角)の温度依存性を明らかにする計画である。具体的には,本研究課題では新たに開発する岩石用極低温三軸圧縮試験装置を用いてー170°Cにおける岩石の非圧密非排水三軸圧縮試験を行い,岩石の破壊包絡線(強度定数)を求める。さらに,本研究で得られるモールの応力円と研究代表者が過去に実施した直接一面せん断試験より得られたクーロンの破壊基準(鴨志田ら,Journal of MMIJ, 2015)とを比較検討し,ー170°Cにおける飽和含水岩石の破壊包絡線・強度定数(粘着力・内部摩擦角)の温度依存性を明らかにする。平成29年度は(1)について実施した。岩石用極低温三軸圧縮室設計に当り検討すべき技術課題としては,最大セル圧20MPa,最低試験温度ー170°Cに耐えうる,圧力発生装置と液体圧力媒体,シール材の選定が挙げられる。まず始めに,これらの課題ついて検討した。

その結果,圧力発生装置にはピストンシリンダー型を新たに設計することとし,液体圧力媒体には工業用・船舶用の高級潤滑油(動粘度4.373(mm2/s)@40°C,密度0.8117(g/cm3)@15°C,固化圧力3.70(GPa))を用いることにした。また,往復運動用シール材には高温用膨脹黒鉛モールドパッキンと高温高圧バルブ用のアダプターパッキン(共に,使用温度範囲-240400°C,使用最高圧力43MPa)の2種類を,固定用シール材にはテフロン製Oリングが使用可能であることを明らかとした。次に,以上で得られた圧力発生装置とシール材をもとに,岩石用極低温三軸圧力室の詳細設計を終えることができた。平成29年度は,(1)岩石用極低温三軸圧力室の設計・製作までを計画していた。しかしながら,高静水圧極低温下(20MPa,ー170°C)での使用に耐えうる液体圧力媒体,パッキン・ガスケットの選定と,岩石用極低温三軸圧力室の詳細設計に時間が掛かってしまい,三軸圧力室の製作に入ることができていない。したがって,本研究課題の達成度は遅れていると判断した。極低温液化燃料の岩盤内貯蔵方式の設計・施工で実施される空洞周辺岩盤の熱応力解析では,水や氷が内在する岩盤の破壊包絡線または強度定数(粘着力・内部摩擦角)を把握する必要がある。しかし,国内・国外を問わず極低温下(-196°C程度)までの温度範囲における破壊包絡線または強度定数を報告した例は見当たらない。そこで本研究課題では,極低温環境下でも実験可能な岩石用三軸圧縮試験装置の開発を行い,さらに,-170°Cにおける飽和含水岩石の三軸圧縮試験を実施し,凍結岩石の破壊包絡線・強度定数の温度依存性を検討することを目的とする。本研究の実施計画は,(1)岩石用極低温三軸圧力室の設計・製作,(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験,(3)極低温環境下における飽和含水岩石の三軸圧縮試験の3項目から成る。本研究課題で開発する三軸圧力室の特徴は,極低温状態を保持したまま三軸圧縮試験を実施するための仕組みを簡潔にするため,側圧を載荷後に圧力発生装置と三軸圧力室とを切り離し,三軸圧力室を液体窒素の入った恒温槽に入れる方法を採用したことにある。平成30年度は平成29年度に引き続き(1)について実施した。はじめに,昨年度詳細設計を終えた三軸圧縮室の部品加工と組立を行い,次に,組立てた三軸圧力室に対して,室温下でのセル圧載荷性能評価を実施した。その結果,設計仕様の圧力(20MPa)までセル圧を載荷することができなかった。その原因について検討したところ,パッキン・ガスケット部などからの液体圧力媒体の漏れは見られなかったことから,三軸圧力室に液体圧力媒体を充填する際の空気抜きの仕組み,または,作業手順に問題があることが示唆された。また,本年度は新たに三軸圧力室をー170°Cに冷却保持するための冷却装置について詳細設計を終えた。平成30年度は,(2)岩石用極低温三軸試験装置の実証試験を計画していた。しかしながら,部品加工に当初の計画以上に時間を費やしたため,三軸圧力室の組み立てが遅れた。また,組み立てた三軸圧力室のセル圧載荷性能評価を実施したところ,設計仕様の20MPaまでセル圧を載荷することができなかった。これについては,現在,問題点を検証しているところである。さらに,三軸圧力室を冷却するための冷却装置についても,詳細設計に時間が掛かってしまい,こちらも製作を終えることができていない。以上の理由により,実際の岩石を用いて極低温下(ー170°C)における三軸圧縮試験を実施し,実用化に向けての問題点の検証とその改善を行うことはできなかった。本研究課題は(1)から(3)の3項目から成る。
非接触型深部加温装置(リエントラント型空胴共振器)による悪性脳腫瘍の治療法の開発

我々は悪性脳腫瘍の温熱治療を改良すべく、非侵襲的加温装置として、リエントラント型空胴共振器を用いた加温方式を考案してきた。H13年度の研究では、加温領域の制御に関する実験的検討を行なった。試作機を改良し、リエントラント部の直径を変化させることにより、最大で被加温体の約80%程度まで加温領域を制御できることが確認できた。H14年度は既に開発している直径120cm,高さ120cmのリエントラント型空洞共振器の側面に、臨床応用を想定して患者挿入用の円形状窓を設置した。まず三次元コンピュータシミュレーションにて、外部への漏れ電界が許容値以下であることを確認した。次に疑似物質を加温し外部への漏れ電界を計測した。挿入窓より50cm以上離れた部位での電界測定値は許容値以下であることが確認できた。これについては平成14年日本ハイパーサーミア学会第19回大会にて報告した。更に人体形状疑似物質を加温し、温度分布を赤外線サーモカメラにて観測した。出力30Wで15分間の加温を行った結果、疑似物質中央部では4.5度の温度上昇を認めたのに対し,周辺部の温度上昇は2度以下であり、問題となるホットスポットは認められなかった。これについては平成14年電子情報通信学会信越支部大会にて報告した。動物実験としてはリエントラント型空洞共振器の側面に設置した円形状窓からビーグル犬を挿入し、加温実験を行った。実測した漏れ電界は、やはり50cm以上離れた部位であれば、許容値以下であることが確認できた。リエントラント加温法が臨床応用されれば、繰り返し加温が非侵襲的に行え、その治療効果が期待される。リエントラント型空洞共振器を用いた非侵襲的頭部加温法は、非侵襲的加温装置として有望と思われ、臨床応用に期待が高まるものと考えられた。これまで、コンピュータシミュレーションを用いた加温特性の解析、及び試作した加温装置によるファントム加温実験や動物加温実験から、本加温方式の有効性を明らかにしてきた。今回の研究では、加温領域の制御に関する実験的検討を行なった。これまでの試作機では、上下のリエントラント部の直径が同じであり、被加温体の中央部が球状に加温されていた。また、コンピュータシミュレーションによる解析では、一方のリエントラント部の直径を小さくすることにより、被加温体中央部では無く、片側での集中加温が可能であることが示された。更に試作機を改良し、リエントラント部の直径を変化させることにより、加温領域の制御が可能であるかを実験的に検討した。その結果、最大で被加温体の約80%程度まで加温領域を制御できることが確認できた。また臨床応用する際、空胴共振器の側壁に設けられた患者挿入用の窓からの外部へ電界が漏れることが問題となっていた。しかし、外部漏れ電界の程度をコンピュータシミュレーションにより数値解析を行なったところ、直径30cmの円形状窓での外部漏れ電界は、共振時にあっては、20V/mと日本ハイパーサーミア学会で示されている許容値以下であり、開口部から20cm以上離れると問題のないことが確認された。

これらの実験により、リエントラント型空胴共振器における加温領域の制御が可能であることが示され、また同装置の外部漏れ電界の影響も臨床応用上問題とならないことが示された。今後は更に加温領域の制御を精密にすると共に、電界の生体における影響等の検討を行なう。既に開発している直径120cm,高さ120cmのリエントラント型空洞共振器の側面に、臨床応用を想定して患者挿入用の円形状窓を設置した。まず三次元コンピュータシミュレーションにて共振器内の電解分布及び外部への漏れ電界分布を解析し、外部への漏れ電界が許容値以下であることを確認した。次に疑似物質を加温し外部への漏れ電界を計測した。挿入窓より50cm以上離れた部位での電界測定値は許容値以下であることが確認できた。これについては平成14年日本ハイパーサーミア学会第19回大会にて報告した。更に人体形状疑似物質を加温し、温度分布を赤外線サーモカメラにて観測した。出力30Wで15分間の加温を行った結果、疑似物質中央部では4.5度の温度上昇を認めたのに対し、周辺部の温度上昇は2度以下であり、問題となるホットスポットは認められなかった。これについては平成14年電子情報通信学会信越支部大会にて報告した。動物実験としてはリエントラント型空洞共振器の側面に設置した円形状窓から胴体を出すようにビーグル犬を挿入し、加温実験を行った。実測した漏れ電界は、やはり50cm以上離れた部位であれば、許容値以下であることが確認できた。しかし実験中に動物の体動もあり、電界が安定せず、充分な温度上昇を得ることができなかった。
新規ビタミンＤ受容体リガンドを目指した胆汁酸誘導体の構造活性相関研究

ビタミンD受容体(VDR)リガンドとしてリトコール酸に着目し、より高い活性をもつビタミンD骨格を持たない新規VDRリガンドの開発と、VDRリガンドとしてのリトコール酸誘導体の構造活性相関の解明を目指し、リトコール酸の3位に3級水酸基を含むアルキル基を導入した誘導体を設計、合成した。VDR活性をヒト前骨髄性白血病細胞の分化誘導能で評価したところ、合成した化合物のはいずれも既知のリトコール酸誘導体に比較し高い活性を示した。最も活性の高かった化合物は1,25-ジヒドロキシビタミンD3に匹敵する活性を持つことが明らかになり、医薬品への応用に十分なVDR活性を持つリトコール酸誘導体の開発に成功した。ビタミンD受容体(VDR)リガンドは骨疾患や抗がん剤などの治療薬になりうることから多くの合成リガンドの開発が行われており、一部はに臨床応用されている。しかしながらそれらはいずれも1,25-ジヒドロキシビタミンD3 [1,25(OH)2D3]の誘導体であり、化学的に不安定なセコステロイド骨格を含み、合成や取り扱いが煩雑となるなど問題点も多い。申請者は弱いながらもVDRアゴニスト活性をもつリトコール酸(LCA)に着目し、VDRとの複合体X線結晶構造解析を行い、LCAとVDRの相互作用メカニズムを明らかにした。この情報に基づきLCAをリードとする新規VDRリガンドの開発を行うこととした。リトコール酸は側鎖カルボキシル基と3位の水酸基でVDRに水素結合している。このうちカルボキシル基はVDR結合に必須であると考えられることから、より多様な官能基を導入できるよう3位に炭素を直接結合した化合物を合成することとした。3位への炭素官能基の導入は側鎖をアルコールに還元後保護したLCAの3位をp-トルエンスルホニル化し、これに対してシアン化ナトリウムを用いてSN2置換反応を行い3β位へのシアノ基の立体選択的導入に成功した。また3β-シアノ基はアルデヒドへ還元したのち塩基で処理することにより3α体へと誘導することができた。以上のようにリトコール酸の3位に立体選択的に炭素結合を導入に成功した。これらの化合物を用いてLCAの3位に1,25(OH)2D3の3級水酸基を模倣した2-ヒドロキシ-2-メチルプロピル基を導入した化合物を合成した。合成した化合物について活性を評価したところ、3α異性体は3-β異性体よりも活性が高く、3α体はHL-60分化誘導活性で1,25(OH)2D3に匹敵する活性を示し、これまで知られているリトコール酸誘導体で最も高いVDR活性を持つ化合物の合成に成功した。初年度に予定していた化合物群のうち3種の化合物の合成を完了した。合成の鍵反応である3位への炭素官能基の立体選択的導入反応の確立に成功したことから、構造活性相関の検討に必要な化合物群の合成は容易に達成可能であると考えられる。合成を達成した化合物のうち一つは予想を大幅に上回る活性を持つことが明らかとなり今後さらなる高活性化合物が合成できることが期待できる。また比較的活性が高い化合物については生物学的活性の検討をに一部とりかかることができた。ビタミンDの活性代謝物である1,25-ジヒドロキシビタミンD3[1,25(OH)2D3]はカルシウム代謝調節のほか細胞分化誘導、免疫などの多彩な機能を持つ。1,25(OH)2D3は核内受容体であるビタミンD受容体(VDR)を介してその機能を発現している。VDRリガンドは抗がん剤や免疫疾患治療薬としての応用が期待できるが、その多彩な機能の分離が課題となる。そのためには大きく異なる化合物への構造展開が有効であるが、現在知られているVDRリガンドの多くは1,25(OH)2D3の誘導体であり構造多様性に乏しい。申請者はこれまでに弱いながらもVDRアゴニスト活性を持つ二次胆汁酸のリトコール酸(LCA)に着目し、VDRとLCAの複合体X線結晶構造解析を行い、LCAの24位および3位が受容体と水素結合を形成していることを明らかにした。申請者は構造修飾が可能なLCA-3位の誘導体を設計、合成しVDR活性との相関を明らかにするとともに医薬品への応用を目指し、より高いVDR活性をもつLCA誘導体の開発を計画した。LCA-3位への立体選択的な炭素官能基の立体選択的導入法としてSN2反応によるシアノ基導入により3-beta置換化合物を、それを還元したアルデヒドの異性化反応により3-alpha置換化合物をそれぞれ選択に合成し。それらを利用してLCA-3位に1,25(OH)2D3を模倣した3級水酸基を持つ置換基を導入した化合物を合成した。活性はヒト前骨髄球性白血病細胞HL-60細胞分化誘導活性により評価した。その結果、3-alpha置換化合物がより高いVDR活性を持つこと、特に2-hydroxy-2-methylpropyl基、2-hydroxy-2-ethylbutylを持つ化合物は1,25(OH)2D3に匹敵する活性を持つことが明らかにした。これは既知のLCA誘導体で最も高いVDR活性である。より高いVDR活性を持つLCA誘導体の開発を目指し、LCA3位を修飾した化合物を系統的に合成しその構造活性相関を明らかするため、いくつかの化合物の合成を計画した。初めに立体選択的にLCA3位への炭素置換基の導入法の確立から着手した。

昨年度までにLCA 3-beta位へのシアノ基のSN2反応およびそれを還元したアルデヒドの異性化による3-alpha位、それぞれへの炭素官能基の立体選択的導入法の確立に成功した。それを利用してLCA3位に1,25(OH)2D3を模倣した3級水酸基を持つ2-methy-2-hydroxypropyl基を3-alpha,3-betaにそれぞれ選択的に導入した化合物の合成を行ない、HL-60分化誘導活性により活性を評価した。その結果、いずれの化合物も既知のLCA誘導体に比較して高いVDR活性を持つことが明らかになった。特に3-alpha体については1,25(OH)2D3に匹敵する活性を持つことが明らかになった。当初の期待を大きく上回る高活性化合物の取得に成功したことから、今年度は活性の高かった3-alpha体を中心により高い活性を期待できる構造の合成を行い、2種の新規誘導体を合成しHL-60細胞分化誘導能で活性を評価した。うち一種は昨年度までに合成を行った化合物に匹敵する活性を示した。これにより、3-alpha位への3級水酸基の導入がLCA誘導体のVDR活性の向上に有効であることを明らかにした。これまでに合成した化合物で活性の高かった化合物についてはVDR結合能を競合結合アッセイを行いVDRに直接結合することを確認した。またVDRとの複合体X線結晶構造解析も進行中である。ビタミンD受容体(VDR)は1,25ジヒドロキシビタミンD3を内在性リガンドに持つ核内受容体であり、カルシウム恒常性維持や細胞分化誘導、増殖抑制、免疫など多彩な機能を持つ。VDRリガンドはくる病や骨粗鬆症、乾癬の治療薬として臨床応用されているほか、抗がん剤などへの応用も期待されている。医薬品への応用ではこれらの作用の分離が重要であるが現在臨床応用されているものはいずれもビタミンD3の誘導体であり、作用分離が不完全であり不安定なセコステロイド構造を持つため取り扱いが煩雑である。それらの解決にはセコステロイド構造を持たないVDRリガンドが有効である。申請者は弱いながらもVDRアゴニスト活性を持つリトコール酸(LCA)に着目し、X線結晶構造解析を行いVDRとLCA誘導体の相互作用機構を明らかにした。それに基づき医薬品への応用を目指しLCAをリードとした新規VDRリガンドの開発を目指した。これまでの研究からLCAの側鎖カルボニル基は活性に必須であると考えられる。そこでLCAの3位を修飾した化合物群の合成を計画した。3位への炭素官能基の立体選択的導入にはシアン化物を用いたSN2反応により3-beta体を、シアノ基を還元したアルデヒドの異性化により3-alpha体をそれぞれ選択的に合成した。これらの中間体から1,25-ジヒドロキシビタミンD3を模倣した3級水酸基を含むアルキル基を導入した化合物を合成した。活性をヒト前骨髄球性白血病細胞HL-60の分化誘導能により評価したところいずれの化合物も既知のLCA誘導体に比較し高い活性を示し、3位の修飾がLCA誘導体のVDR活性の向上に有効であることを明らかにした。特に3-alpha-2-ヒドロキシ2-メチルプロピル体は1,25-ジヒドロキシビタミンD3に匹敵する活性をもち、医薬品への応用に十分なVDR活性を持つLCA誘導体の開発に成功した。
異なる環境条件下における果実の抗酸化成分の動態とそのメカニズムの解明

これまでの研究において,塩ストレス下で栽培したトマト果実のアスコルビン酸含量の変化は,品種と栽培時期に依存し,上昇あるいは低下することが明らかになった.一般に,アスコルビン酸はさまざまな環境ストレス(温度,乾燥,塩など)によって生成する活性酸素の消去に利用されることが知られている.しかしながら,塩ストレス下におけるトマト果実のアスコルビン酸含量の変化が塩ストレスによって生じる活性酸素の消去と関連するかは明らかでない.そこで本年度は,塩ストレス下で栽培したトマト果実の活性酸素消去システム(アスコルビン酸-グルタチオンサイクル)に関与する酵素活性とアスコルビン酸含量の関連を調べた.抗酸化酵素活性は,果実発達初期においては,塩ストレスの影響が見られなかったが,その後果実発達に伴い低下するもの(CAT),増加するもの(SOD, DHAR, MDHAR)がみとめられた.アスコルビン酸含量は,果実発達初期においては塩ストレスの影響がなかったが,その後は塩ストレスによって低下した.また,塩ストレス下のトマト果実において酸化ストレスの指標である脂質過酸化物含量は変化がなかった.これらのことから,塩ストレス下のトマト果実におけるアスコルビン酸は,アスコルビン酸-グルタチオンサイクルを用いた活性酸素消去システムの変化と関連していることが明らかになった.さらに,塩ストレス下のトマト果実における抗酸化システムとアスコルビン酸含量の変化は果実の部位(果肉部,ゼリー部)によって大きく異なっており,果肉部のほうがゼリー部より塩ストレスの影響が大きかった.以上のことから,塩ストレス下で栽培したトマト果実のアスコルビン酸含量の変化は,塩ストレスが引き起こす酸化ストレスに対する防御反応と関連し,果実内部位によってその影響が異なることが明らかになった.本年度は,異なる環境条件下における果実の抗酸化成分の動態を明らかにするためのモデル実験系の確立ならびに塩分濃度,温度および光条件が異なる中でトマトの栽培を行った.以下に得られた結果の概要を示す.1.トマト果実の培養条件の決定植物の生育する環境条件を設定するとき,圃場ではさまざまな気象条件に左右されるので正確な設定が困難な場合が多い.そこで,果実の環境条件を正確に制御でき,さらに多数のサンプルを処理できるモデル実験系を構築した.トマト果実をin vitroで培養するための条件について検討し,結果として開花後710日目のトマト果実を採取し4%スクロースを含むMS培地上で培養することによって,果実の生長は抑制されるが成熟は正常に進むことが明らかになった.このことから,この培養系を用いて異なる環境条件下における果実の抗酸化成分の動態をモデル実験的に明らかに出来る可能性が示された.2.塩類濃度,温度および光条件が異なる環境におけるトマトの栽培温度,光条件が異なる環境(春夏期,秋冬期)においてトマトを塩ストレス条件下で栽培した.塩ストレスによってトマト果実の生長は抑制され,抗酸化成分(リコペン)含量と強い相関を示す果色は変化が見られた.また,塩ストレスが果実に与える影響の春夏期と秋冬期における差異は,果実生長では見られなかったが,果色では認められた.これらは,塩ストレスによってトマト果実の抗酸化成分は影響を受けること,その影響には塩ストレスと温度・光条件との間の相互作用が存在することを示唆している.今後は塩ストレスによる抗酸化成分の変化が生じるメカニズムを抗酸化酵素の測定などを行うことで明らかにするとともに,塩ストレスと他の環境条件(温度,光)との間の相互作用を果実のin vitro培養系を用いて明らかにする.本年度は,異なる環境条件化下おける果実の坑酸化成分の動態とそのメカニズムを明らかにするために,in vitroで培養したトマト果実における光強度がアスコルビン酸含量に与える影響,塩ストレス下で栽培したトマト果実のアスコルビン酸含量の動態およびトマト果実におけるアスコルビン酸含量の変化と酸化ストレスとの関係を調べた.また,栽培温度がイチゴ果実の坑酸化成分(アントシアニン,アスコルビン酸およびエラグ酸)に与える影響について検討した.さらに,近年ヒトの高血圧抑制作用を持つγ-アミノ酪酸(GABA)が注目されていることから,栽培環境によるトマト果実のGABA含量の増加の可能性を調べた.得られた結果の概要は以下の通りである.1.In vitroで培養したトマト果実のアスコルビン酸含量は,培養時の光強度の低下に伴い低下した.このことから,果実のアスコルビン酸含量は光強度に強く依存することが明らかになった.2.塩ストレス下で栽培したトマト果実のアスコルビン酸含量の変化は,品種と栽培時期に依存し,塩ストレスによって上昇あるいは低下した.また,塩ストレス下におけるアスコルビン酸含量の変化は,果実の酸化ストレスに対する防御反応と関連し,塩ストレスによる糖含量の増加とは関連しないことが明らかになった.3.イチゴ果実は,高温で栽培することによってアントシアニン含量が増加すること,アスコルビン酸とエラグ酸も栽培温度の影響を受けることが明らかになった.4.トマト果実のGABA含量は,栽培時期と塩ストレスによって変化し,最も少ないときの最大10倍まで増加することが明らかになった.これまでの研究において,塩ストレス下で栽培したトマト果実のアスコルビン酸含量の変化は,品種と栽培時期に依存し,上昇あるいは低下することが明らかになった.一般に,アスコルビン酸はさまざまな環境ストレス(温度,乾燥,塩など)によって生成する活性酸素の消去に利用されることが知られている.しかしながら,塩ストレス下におけるトマト果実のアスコルビン酸含量の変化が塩ストレスによって生じる活性酸素の消去と関連するかは明らかでない.そこで本年度は,塩ストレス下で栽培したトマト果実の活性酸素消去システム(アスコルビン酸-グルタチオンサイクル)に関与する酵素活性とアスコルビン酸含量の関連を調べた.

抗酸化酵素活性は,果実発達初期においては,塩ストレスの影響が見られなかったが,その後果実発達に伴い低下するもの(CAT),増加するもの(SOD, DHAR, MDHAR)がみとめられた.アスコルビン酸含量は,果実発達初期においては塩ストレスの影響がなかったが,その後は塩ストレスによって低下した.また,塩ストレス下のトマト果実において酸化ストレスの指標である脂質過酸化物含量は変化がなかった.これらのことから,塩ストレス下のトマト果実におけるアスコルビン酸は,アスコルビン酸-グルタチオンサイクルを用いた活性酸素消去システムの変化と関連していることが明らかになった.さらに,塩ストレス下のトマト果実における抗酸化システムとアスコルビン酸含量の変化は果実の部位(果肉部,ゼリー部)によって大きく異なっており,果肉部のほうがゼリー部より塩ストレスの影響が大きかった.以上のことから,塩ストレス下で栽培したトマト果実のアスコルビン酸含量の変化は,塩ストレスが引き起こす酸化ストレスに対する防御反応と関連し,果実内部位によってその影響が異なることが明らかになった.
超高磁場3TMRIを用いた初発統合失調症の拡散テンソル解析

慢性期の統合失調症患者で見出された脳白質異常が,初発患者においても存在するか否か確かめるために,初発患者7名,慢性患者7名,対照正常者14名に対して,関心領域(前頭連合野白質,頭頂連合野白質,前部帯状束,後部帯状束,脳梁膝部,脳梁膨大部,内包)における拡散テンソル画像法を施行した.結果は,正常者と比較して統合失調症(初発患者+慢性患者)の拡散異方性指標fractional anisotropy(FA)は,前頭連合野白質と前部帯状束で有意に低く,頭頂連合野白質と後部帯状束で低い傾向があった.脳梁膝部,脳梁膨大部,内包のFA値については,正常者と違いはなかった.初発患者と慢性患者を直接比較すると,前頭連合野白質と前部帯状束のFA値は同程度であったが,頭頂連合野白質と後部帯状束のFA値は,慢性患者でより低い傾向があった.同時測定された磁気共鳴スペクトロスコピーでは,慢性患者,初発患者,正常者の順で内側前頭皮質のグルタミン酸・グルタミン信号が低かった.また改訂クェクスラー記憶検査を用いた記憶検査成績も,慢性患者,初発患者,正常者の順で不良であった.以上まとめると,初発の統合失調症患者においても,脳白質異常は前頭葉白質を中心に存在するが,グルタミン酸・グルタミン代謝が低下して,認知障害が進行していく慢性化の過程で,白質異常は脳のより後方部にまで拡大すると推測された.拡散テンソル画像で同定された統合失調症の脳白質異常には,発症前から存在しているかもしれない神経発達上の問題と,発症後の後天的神経障害の両方が関与している可能性が示唆された.2.MRI撮影の前に,以下の尺度や検査を用いて患者の精神状態を定量評価する.3.平均週1から2名のペースで実験を行う,高速スピンエコー法による構造画像,これまで使用してきた超高速撮影法EPIによる拡散強調画像,PROPELLER法による拡散強調画像の順で行う.年齢・性・教育歴などをマッチさせた健常ボランティアの撮影もあわせて行う.4.1年間のデータを使って,脳の結合性指標を患者と健常ボランティアで比較する.さらに,各臨床変数と,拡散テンソル解析から得られた結合性指標との相関を統計解析する.→次ページにあげた論文を,欧州の専門誌に発表した.超高速撮影法EPIを用いた慢性期統合失調症の研究であるが,予想通り,経過が長く陰性症状の強い患者群では,前頭葉白質の異常が存在することが分かった.今後はPROPELLER法による拡散強調画像を組み合わせ,かつ対象を初発の比較的経過の短い患者群に絞って検討する予定である.すでに数名の撮影は完了しているが,初発患者の場合は,異常がより軽微なようである.したがって単一の方法論では異常を同定しがたい可能性があり,PROPELLER法に加えて,物質代謝も測定できるMRS法も導入する.予備的報告として昨年度に発表した,慢性期の統合失調症における前頭葉白質のfractional anisotropy(FA)の低下を再確認する目的で,初発患者を含むより罹病期間の短い別の患者群で,拡散テンソル解析を施行した.結果は,健常群と比較して,やはり患者群の前頭葉白質FA値は有意に低かった.同時に行った磁気共鳴スペクトルスコピー(MRS)では,統合失調症の前部帯状回のグルタミン・グルタミン酸濃度(Glx)が,健常群と比較して有意に低かった.高解像度3次元MRI(スライス厚1.8mn×170枚の連続冠状断画像)を取得し,全脳を対象としたボクセル単位の脳体積の解析,すなわちvoxel-based morphometry(VBA)を試みたが,有意な群間差を認めなかった.今回の結果からは,有意な構造的異常がない程度の統合失調症患者においても,FAやGlxといった微細構造的・機能的指標で評価すれば,明瞭な異常が存在することが示唆された.またFAやGlxは知能や記憶のある局面と有意な相関関係を有することが判明した.つまり興奮性の神経伝達物質であるグルタミン酸濃度の低下は,軸索回路網の粗雑化と関係し,認知障害や陰性症状の分子基盤である可能性がある.慢性期の統合失調症患者で見出された脳白質異常が,初発患者においても存在するか否か確かめるために,初発患者7名,慢性患者7名,対照正常者14名に対して,関心領域(前頭連合野白質,頭頂連合野白質,前部帯状束,後部帯状束,脳梁膝部,脳梁膨大部,内包)における拡散テンソル画像法を施行した.結果は,正常者と比較して統合失調症(初発患者+慢性患者)の拡散異方性指標fractional anisotropy(FA)は,前頭連合野白質と前部帯状束で有意に低く,頭頂連合野白質と後部帯状束で低い傾向があった.脳梁膝部,脳梁膨大部,内包のFA値については,正常者と違いはなかった.初発患者と慢性患者を直接比較すると,前頭連合野白質と前部帯状束のFA値は同程度であったが,頭頂連合野白質と後部帯状束のFA値は,慢性患者でより低い傾向があった.同時測定された磁気共鳴スペクトロスコピーでは,慢性患者,初発患者,正常者の順で内側前頭皮質のグルタミン酸・グルタミン信号が低かった.また改訂クェクスラー記憶検査を用いた記憶検査成績も,慢性患者,初発患者,正常者の順で不良であった.以上まとめると,初発の統合

失調症患者においても,脳白質異常は前頭葉白質を中心に存在するが,グルタミン酸・グルタミン代謝が低下して,認知障害が進行していく慢性化の過程で,白質異常は脳のより後方部にまで拡大すると推測された.拡散テンソル画像で同定された統合失調症の脳白質異常には,発症前から存在しているかもしれない神経発達上の問題と,発症後の後天的神経障害の両方が関与している可能性が示唆された.
超音波顕微鏡による培養血管内皮細胞の力学特性評価と動脈硬化の動的病態生理学的研究

1.目的:血管内皮細胞は動脈硬化発症時に大規模な応答を示すことが知られているが、その機序の詳細は不明である。今回の研究では超音波顕微鏡を用いて、培養血管内皮細胞における動脈硬化発症時の音響特性の変化を評価する。2.方法:試料の作成は本基盤研究(B)の助成により設置した細胞培養システムを用いて血管内皮細胞と平滑筋細胞を継代培養した。またデータの取得に用いた主要機器は、研究代表者が平成6年までに受けた試験研究(B)の助成に基づき試作した超音波生物組織性常計測システムである。100MHz,450MHz,600MHzの周波数レンズを用いて正常血管内皮細胞と低浸透圧負荷を加えた内皮細胞の撮像を行った。またCモード像とX-Zモード像より平滑筋細胞の音速を、増殖群(G)、分化群(D)、低浸透圧群(H)で比較した。音速はV_S=V_M+2fΔz(V_S:試料の音速,V_M:倍溶液の音速,f:f周波数,Δz:X-Zモード像上の縞のシフト)から算出した。3.結果:音響カプラとしては培養液を用いた場合が最も安定して長時間撮像可能であった。450MHzでの観察が最も解像度よく撮像可能であり、核内と細胞質内に顆粒を認めた。レンズを上方にシフトさせて撮像することにより、等高線状の明暗の干渉縞が観察された。干渉縞は形態を反映していた。この干渉縞は低浸透圧負荷を加えると有意に増加し、Δzは小さくなった。平滑筋細胞の音速はD群(1624±16m/sec)がG群(1571±14m/sec)、H群(1585±8m/sec)より有意に高値であった。4.結果:以上の結果から培養細胞の超音波顕微鏡像は細胞の形態とともに細胞内部の音響特性が関与することが示唆され、従来法のみでは困難であった細胞の音速およびそれに基づく弾性特性を評価することが可能であった。また生きた細胞を安定して撮像可能であり、その動的変化を掲示的に観察可能であったことより、障害内皮細胞モデルに対する薬剤負荷時の音響特性の変化を検討中である。1目的血管内皮細胞は動脈硬化発症時に大規模な応答を示すことが知られているが、その機序の詳細は不明である。今回の研究では超音波顕微鏡を用いて、培養血管内皮細胞における動脈硬化発症時の音響特性の変化を検討する。2方法試料の作成は本基盤研究(B)の助成により設置した細胞培養システムを用いて血管内皮細胞を継代培養した。またデータの取得に用いた主要機器は、研究代表者が平成6年までに受けた試験研究(B)の助成に基づき試作した超音波生物組織性状計測システムである。3結果1.音響カプラとしては培養液を用いた場合が最も安定して長時間撮像可能であった。2.位相差顕微鏡像の像とは異なり、内部は各周波数とも等高線状の明暗の干渉縞が観察された。干渉縞は形態を反映していると推測された。

3.450MHzでの観察が最も解像度よく撮像可能であり、核内と細胞質内に2個ずつの小顆粒が認められ、それぞれ核小体、中心体と考えられた。4.X-Zモード像に見られる干渉縞の細胞部分のずれ量(ΔZ)は細胞の中央部に近づくにつれて大きくなった。低浸透圧負荷下ではΔZは小さくなり、Cモード像では干渉縞の個数は増加した。5.V(Z)解析により求めた表面弾性波は、培養液中での表面弾性波は1490m/sec、低張液中では1534m/secであった。以上の結果からΔZには細胞の形態と細胞内部の音速が共に関与することが示唆され、従来法のみでは細胞の音速およびそれに基づく弾性特性を評価することは困難であった。しかし、生きた細胞が安定して撮像可能であり、その動的変化を経時的に観察可能であったことより、障害内皮細胞モデルに対する薬剤負荷時の表面弾性波の変化を検討中である。
近赤外分光装置による咀嚼前後の脳内血流の変化

咀嚼運動と脳内血流との関係を明らかにする目的で、正常者にチューインガム咀嚼を行わせ、咀嚼前後の咬筋筋活動、前額部の表面血流、前額部や側頭部の深部血流を同時記録した。次いで、咀嚼による脳内血流の変化、筋活動量と脳内血流量との関係を調べた。結果は、以下の通りである。1.ガム咀嚼前後の前額部の表面血流は、ほとんどの被験者で変化が認められなかったが、深部血流は、咀嚼中に増加し、咀嚼後に徐々に減少し、咀嚼前の状態に回復する傾向がみられた。これらのことから、本研究で用いた酸素モニタが表面血流の影響を受けないこと、またチューインガム咀嚼によって脳内血流が増加することが示唆された。2.前額部では、前頭野の血流を主に測定するため、意識的要素に強い影響を受けることから、スキンヘッドの被験者に対し、咀嚼野上の皮膚上と側頭部上の皮膚上の2部位での血流を検索した結果、開口運動を記録できる部位を条件とすることにより、側頭部上でも咀嚼野上と同様な血流を測定できることが判明した。3.側頭部上では筋活動の影響が考えられたため、両側の咬筋筋活動量と側頭部の深部血流との間、主咀嚼側の咬筋筋活動量と側頭部の深部血流との間、非主咀嚼側の咬筋筋活動量と側頭部の深部血流との間でそれぞれ相関の有無を調べた結果、側頭部の深部血流は、筋活動量の影響を受けないことが確認できた。4.側頭部の深部血流は、弱度の咀嚼(区間A)、中等度の咀嚼(区間B)、強度の咀嚼(区間C)のいずれにおいても咀嚼中に有意に増加し、咀嚼後、咀嚼前の状態に回復する傾向を示した。また、咬筋筋活動の積分値と脳内血流量は、区間Aが最も少なく、区間B、区間Cの順に多くなり、区間間に有意差が認められた。5.これらのことから、咀嚼運動によって脳内血流が増加すること、また咀嚼時の筋活動の強さが脳内血流の変化の大小に影響を及ぼすことが示唆された。老年者に関する調査では、健康な歯が多く残存している人は、良好な咀嚼機能の営み、そうでない人よりも健康であり、また良好な咀嚼動作が脳に刺激を与え、脳内血流が増加し、ボケ防止になる可能性が示唆されている。

本研究は、咀嚼運動と脳内血流との関係を明らかにする目的で、正常者30名にチューインガム1枚を5分間咀嚼させ、咀嚼前(安静時)、咀嚼開始1分後、2分後、3分後、4分後、5分後、咀嚼終了1分後、2分後、3分後、4分後、5分後、6分後、7分後、8分後、9分後、10分後の16セッションの前額部の表面血流を日本光電社製レーザー血流計ALF21、深部血流は、バイオメディカルサイエンス社製組織酸素モニタPSA-IIIN(申請設備)をそれぞれ用いて同時記録した。次いで、咀嚼前を基準(100%)にした時の他のセッションの相対値を算出し、セッション間で比較した。結果は、以下の通りである。1.チューインガム咀嚼前後の前額部の表面血流は、咀嚼中にわずかに増加する所見もみられたが、ほとんどの被験者で変化が認められなかった。2.チューインガム咀嚼前後の前額部の深部血流は、咀嚼中に増加し、咀嚼後に徐々に減少し、咀嚼前の状態に回復する傾向がみられ、咀嚼開始3分後から同5分後までと咀嚼終了1分後から同6分後までの9セッションと咀嚼前との間にそれぞれ有意差が認められた。3.これらのことから、本研究で用いた酸素モニタが表面血流の影響を受けないこと、またチューインガム咀嚼によって脳内血流が増加することが示唆された。本年度は、被験者数を増やし、前年度と同様に前額部を測定部位として実験を行う予定であったが、前額部では、前頭野の血流を主に測定するため、意識的要素に強い影響を受けることが判明した。そこで、業者からもう1台の組織酸素モニタをレンタルし、スキンヘッドの被験者に対し、咀嚼野上の皮膚上と側頭部上の皮膚上の2部位を測定部位として設定し、咀嚼野上と同様な血流を測定できる部位を側頭部上で検索した結果、舌運動を記録できる部位を条件とすることにより、側頭部上でも咀嚼野上と同様な血流を測定できることが判明した。しかしながら、側頭部上では筋活動の影響が考えられたため、正常者のチューインガム咀嚼時における咬筋筋活動量と側頭部の深部血流を算出後、両側の咬筋筋活動量と側頭部の深部血流との間、主咀嚼側の咬筋筋活動量と側頭部の深部血流との間、非主咀嚼側の咬筋筋活動量と側頭部の深部血流との間でそれそれ相関の有無を調べた。その結果、側頭部の深部血流は、筋活動量の影響を受けないことを確認することができた。正常者のチューインガム咀嚼時の脳内血流の変化を調べる目的で、正常者20名にチューインガム1枚を5分間咀嚼させた時の咬筋筋活動と側頭部の深部血流を同時記録後、はじめに咀嚼前(安静時)、咀嚼中、咀嚼終了5分後の側頭部の深部血流の変化を調べた。次いで、咀嚼中の咬筋筋活動から、筋活動が弱い区間Aと強い区間Bとを選択し、これらの区間における側頭部の深部血流量を算出し、両区間の間で比較した。その結果、側頭部の深部血流は、咀嚼中に有意に増加し、咀嚼終了後に減少し、5分後に咀嚼前の状態に回復した。また、咀嚼中では、区間Bの方が区間Aよりも有意に多かった。これらのことから、チューインガム咀嚼によって脳内血流が増加すること、また咀嚼時の筋活動の強さが脳内血流の変化の大小に影響を及ぼすことが示唆された。健康な歯を数多く有する高齢者は良好な咀嚼機能を営み、また健康な咀嚼動作は脳に刺激を与えて脳内血流を増加させ、精神遅滞を防止することが示唆されている.本研究の目的は、チューインガム咀嚼時における咬筋筋活動量と脳内血流量との関係を明らかにすることである.被験者は、全身および咀嚼系に臨床的な異常が認められない20歳代の健常者40名(男性20名、女性20名)を選択した。なお、被験者は、主咀嚼側を認識できるものとした。実験は、被験者にチューインガム1枚を主咀嚼側で20秒間咀嚼させた時の咬筋筋活動を日本光電杜製多用途計測装置RM-6000、また両側頭部の深部血流をバイオメディカルサイエンス社製組織酸素モニタPSA-IIINを用いて同時記録した。なお、実験前に被験者に開閉口運動とタッピング運動を行わせ、開閉口運動時には深部血流の変化が検出され、またタッピング運動時には深部血流の変化が検出されない部位に、組織酸素モニタのプローブを付着した。

咀嚼は、弱度(区間A)、中等度(区間B)、強度(区間C)の3段階で行い、順序はランダムに行った。分析は、はじめに咀嚼前(安静時)、咀嚼中、咀嚼後の脳内血流の変化を調べた。次いで、各区間における咬筋筋活動の積分値と脳内血流について、多重比較を行った。脳内血流は、いずれの区間においても咀嚼中に有意に増加し、咀嚼後に減少し、咀嚼前の状態に回復する傾向を示した。また、咬筋筋活動の積分値と脳内血流量は、区間Aが最も少なく、区間B、区間Cの順に多くなり、区間間に有意差が認められた。これらのことから、咀嚼運動によって脳内血流が増加すること、また咀嚼時の筋活動の強さが脳内血流の変化の大小に影響を及ぼすことが示唆された。