hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
生体内化学過程の統計力学理論

アクアポリン(水チャネル)の水透過機構およびプロトン排除機構の解明:アクアポリンは水分子を透過することにより細胞内の水の濃度を調節する重要な蛋白質である。このチャネルの水分子透過機構を解明するためにはチャネル内部の水分子の分布を求める必要があるが、現在の実験の分解能では蛋白質の構造と水分子の分布の相関を求めることは極めて難しい。我々は3次元RISM理論を用いて、結晶構造が決定しているアクアポリン(AQPZ)の4つの構造に関して、そのチャネル内部の水分子の分布を決定することに初めて成功した。これらの4つのうちひとつは水分子を透過している時の構造であり、他の3つは透過しない時のそれである。水の分布関数の解析から、チャネルを構成しているひとつのアミノ酸残基(R189)の配向がチャネルの開閉機能(ゲーテイング)に関わっていることを明らかにした。[Chem. Phys. Lett., 449, 196(2007)に既報]「水分子を透過するアクアポリンが、何故、プロトンを透過しないのか?」という疑問はこのチャネルの構造が決定されて以来、大きな謎として研究者の挑戦を受けてきた。プロトンが移動する機構には二つが考えられる。ひとつは通常の拡散過程によってヒドロニウムイオンとして移動する過程、他は水素結合を介したトンネル効果によって移動する過程(GROTTHUS機構)である。我々は3次元RISM理論に基づき二種類のアクアポリン(AQP1、G1pF)内部の水およびヒドロニウムイオンの分布を計算することにより、上記の疑問に解答を与えた。すなわち、AQP1ではヒドロニウムイオン(したがってプロトン)がチャネル内部から静電的に排除され、チャネルを透過することはできない。一方、GlpFではチャネル内部の概ね至るところにヒドロニウムイオンが存在することができる。しかしながら、この場合、水分子がチャネルのフィルター領域のアミノ酸と水素結合をすることにより、GROTTHUS機構が排除される。このことはプロトンの移動はゼロではないが非常に遅いという実験結果に符合している。[JACS(COMMUNICATION)130, 1540-1541(2008)に既報]蛋白質や核酸などのいわゆる生体分子の最大の特徴は「水」という環境の中で様々な「化学反応」に関与していることにある。生体分子が有機的な相関をもって行う反応の連鎖こそが「生命活動」の源泉である。本研究は分子性液体の統計力学に基づき、水溶液中における生体分子の構造安定性と化学過程を分子レベルで記述するための理論的方法論の構築を目的とする。本研究は以下の三つの課題に沿って研究を遂行し下記の成果を得た。1.分子内自由度をもつ溶質の部分モル容積および部分モル圧縮率の理論本研究では分子内自由度をもつ溶質の部分モル容積(PMV)および部分モル圧縮率(PMC)を取り扱う一般的な統計力学理論を提案すると同時に、これをRISM理論と結合して、水中のブタンの異性化反応に関するモデル計算を行った。その結果、下記の諸点を明らかにした。(1)平衡系のPMVは個々の異性体のPMVの統計平均で表現される。(2)平衡系のPMCは個々の異性体のPMCの統計平均と構造変化(反応)座標に沿ったPMCの平均自乗揺らぎの和で表現できる。[J. Chem. Phys.,119,5623(2003)に既報]2.溶液内有機化合物のイオン過程に伴う電子構造と溶媒の再配置Koboriらは電子スピン共鳴の結合定数(J)を解析することによって溶媒の再配置エネルギーを決定する実験的方法を提案し、N,N-deimethylaniline(DMA)を始めとするいくつかの溶質の電子移動反応に伴う溶媒の再配置エネルギーを様々な溶媒中で決定している。本研究ではRISM-SCF理論とRISM-TC(Thermodynamic Cycle)法を組み合わせた新しい方法によりアセトニトリル中のDMAのイオン化過程に伴う溶媒の再配置エネルギーおよび電子構造の変化を求め、それらの間の相関について考察を行った。[J. Chem. Phys.,119,2753(2003)に既報〕3.水中の溶質の回転緩和に対する圧力効果溶液内の一個の溶質分子のダイナミクスは溶液内化学反応ダイナミクスを定式化する上で重要なステップとなる。本研究ではそのような定式化への第一ステップとして、RISM理論とモード結合理論を組み合わせた方法により、溶液内の一個の溶質の回転ダイナミクスを記述する理論を定式化し、その理論により水中におけるアセトニトリルおよびメタノールの回転緩和速度に対する圧力効果を解析した。[J. Mol. Liq.に投稿中]これまで我々のグループではRISM理論とKirkwood-Buff理論に基づき、溶液の部分モル容積(PMV)や部分モル圧縮率(PMC)を求める理論を開発し、水溶液中の20個のアミノ酸の部分モル容積を、ほぼ、完璧に再現すると同時に、ペプチドのヘリックスーコイル転移に基づく部分モル容積変化を定性的に求めることに成功している。本研究では文献によくあらわれる5個の蛋白質、BPTI(58残基),RNase A(124残基),Lysozime(129残基),b-Lactogloblin A(162残基),a-Chymotrypsinogen A(245残基)の部分モル容積を3次元RISMの方法により求め、実験と比較した。その結果、3次元RISM理論が蛋白質の部分モル容積を定量的に再現することがわかった。この結果は3次元RISM

理論が蛋白質の水和挙動を解明する上で、信頼性の高い理論であることを示している。この結果はすでに学術雑誌(Chemical Physics Letter,395,1-6(2004))に掲載されているが、蛋白質の熱力学量を第一原理的に求め、実験結果との定量的な一致を得た最初の論文である。この論文の中で、同時に、自由エネルギーの計算も行っているが、対応する実験結果がないため、単なる予測に止まっている。しかしながら、本研究の結果は今後3次元RISMの方法を蛋白質の安定性解析、分子認識、あるいは折り畳み問題に適用して行く上で、非常に大きな自信を与えるものである。本研究は分子性液体の統計力学に基づき、水溶液中における生体分子の構造安定性と化学過程を分子レベルで記述するための理論的方法論の構築を目的とする。本年度は下記の成果を得た。(1)巨大分子の静電ポテンシャル計算の高速化本研究では巨大分子の波動関数から静電ポテンシャルを高速計算する新しい方法を提案した。本方法では空間を溶質分子からの距離に応じて3つの領域に分割する。溶質から十分遠い領域では部分電荷を用い計算コストを節約し、近距離では溶質の波動関数から静電ポテンシャルを直に評価することで精度を保った。(2)蛋白質の変成による部分モル容積変化蛋白質の構造は圧力をかけると部分モル容積を小さくする方向に変化する(ル・シャテリエ則)。最近、Akasakaと彼の共同研究者によって、二つの圧力下でのリゾチームのX線構造が決定された。我々はAkasakaらによって決定されたリゾチームの構造に対する部分モル容積を3次元RISM理論によって求めた。その結果、高圧条件に対応する構造が低圧下のそれに比べて約120cc/molだけ小さな部分モル容積をもつことを明らかにし、ル・シャテリエ則を分子レベルで証明した。また、さらに詳細な解析の結果、高圧構造の部分モル容積の減少に最も大きく寄与するのは蛋白質内の空隙(水分子が入り込むことができない隙間)であることが明らかになった。(3)蛋白質空隙内に補足された水分子を理論的に「検出」水は蛋白質の天然構造を安定化しているだけでなく、酵素反応などの機能にも深く関わっている。蛋白質の活性部位は、通常、水で満たされており、基質の結合(認識)は必然的に水の排斥を伴う。したがって、蛋白質に対する基質の認識は水との競争関係で行われる。我々は3次元RISM理論に基づく水-蛋白質系の研究で、蛋白質内の細孔内に補足された水分子を理論的に「検出」することに初めて成功した。蛋白質が選択的に結合したイオンを3次元RISM理論で「検出」蛋白質によるリガンドの認識はその機能発現機構の中で極めて本質的プロセスである。本研究では人リゾチームの野生型と各種変異型によるNa^+,K^+,Ca^<++>の選択的結合を3次元RISM理論によって「検出」した結果を報告する。人リゾチームの野生型およびQ86D置換体はどのような正イオンも結合しないことがKuroki-YutaniのX線回折実験からすでに知られている。彼らは、同時に、A92D置換体はNa^+を結合するがCa^<++>は結合せず、Q86D/A92D置換体はCa^<++>を結合するという報告を行っている。
哺乳類の歩行運動を形成する脊髄神経モジュールの同定と再構築

本研究では、マウス新生仔から腰髄1髄節を摘出した組織標本の運動ニューロン群に、それぞれの個体の後肢の実際の歩行と類似した活動パターンをもつリズム活動誘発できることを見出した。これによりリズムを形成するモジュールが脊髄1髄節内に局在していることが示唆された。また、単一運動ニューロンから記録された膜電位の変化を元に、歩行運動の際のシナプス入力を推定する方法を開発した。これにより、歩行運動の際には、それぞれの運動ニューロンにおいて、支配する筋が収縮するタイミングで興奮性シナプス入力が、弛緩するタイミングで抑制性シナプス入力が強くなることでリズムが形成されていることが推定できた。哺乳類の運動神経回路は、その複雑さからその動作原理については依然として不明の部分が多い。本研究はマウスの脊髄において、歩行運動の基盤となる協調したリズミックな運動出力を生み出すことができる最小の神経モジュールを突き止め、その実験結果をもとにシミュレーションを用いて検証し、歩行運動神経回路を理論的に再構築することを目的とする。今年度は運動ニューロン群に協調したリズム発火活動が誘発される最小の組織片の確立を試みた。これまでにマウス新生児の腰髄1髄節(厚さ約1mm)において、脊髄摘出標本で誘発される歩行運動様リズム活動と同様の左右交代性のパターンを示すリズム発火活動がNMDAとセロトニンの灌流投与によって誘発できることを確認した。今年度は歩行運動神経回路のモジュールを突き止めるため、左右の運動ニューロンに協調したリズム発火活動が誘発される最小の組織片の探索を行った。組織片内の大多数の運動ニューロンに与えるダメージをできるだけ少なくした腰髄一髄節の標本を実験モデルとして確立することに成功した。この成果の一部は第93回日本生理学会大会にて発表した。今年度は、リズム活動の際、運動ニューロンへの興奮性および抑制性のシナプス入力による膜コンダクタンスの定量的変化を推定する手法を開発し、原著論文として公表した。この論文では、マウス新生児の摘出脊髄組織において、セロトニンとグルタミン酸受容体のアゴニストの一つであるN-メチル-D-アスパラギン酸(NMDA)の灌流投与によって運動ニューロン群に歩行運動様のリズム活動を誘発させ実験の際、単一運動ニューロンからホールセルパッチクランプ法によって記録された膜電位の変化を元に、歩行運動の際のシナプス入力を推定する方法を開発した。今回は特に屈筋を支配する運動ニューロンに着目し、歩行運動の際に関節を屈曲させる筋が収縮弛緩をする際、運動ニューロンが、どのようなタイミングと強さで興奮性シナプス入力と抑制性シナプス入力を受けるのかを、電流固定法による膜電位記録から推定した。その結果、筋が収縮するタイミングで興奮性シナプス入力が、弛緩するタイミングで抑制性シナプス入力が強くなることが推定できた。今年度は、歩行リズム活動の際の運動ニューロンの膜コンダクタンスの変化を電流固定法による膜電位記録から計算論的に推定する手法を開発し、その成果を原著論文として公表した。我々ヒトをはじめとする哺乳類の運動神経回路の動作原理についてはその複雑さから、依然として不明の部分が数多く残されている。本研究は哺乳類の脊髄において、歩行運動の基盤となる協調したリズミックな運動出力を生み出すことができる最小の神経モジュールを突き止め、その実験結果をもとに計算論的アプローチを用いて検証し、歩行運動神経回路を理論的に再構築することを目的とする。これまでに野生型マウスおよびウサギ様の歩行異常を示すキメリン遺伝子欠損マウスにおいて、新生仔から腰髄1髄節(厚さ約1mm)を摘出した組織標本の運動ニューロン群に、それぞれの個体の後肢の実際の歩様と類似した活動パターンをもつ歩行運動様リズム活動誘発できることを確認した。このことから、リズムを形成するモジュールが脊髄の1髄節内に局在し、これらのモジュールが相互に結合して機能的な運動出力を形成していることが示唆された。また、脊髄摘出標本において誘発された歩行運動様リズムの際に単一運動ニューロンからホールセルパッチクランプ法によって記録された膜電位の変化を元に、歩行運動の際のシナプス入力を推定する方法を開発した。この方法では、運動ニューロンの細胞膜の基本的な電気生理学的パラメータを測定することなく、またリズム活動の際の活動電位のバーストが発生している膜電位記録においてもシナプス入力の大きさとタイミングを推定することができる。この方法により、マウスの脊髄の歩行運動の際には、それぞれの運動ニューロンにおいて、支配する筋が収縮するタイミングで興奮性シナプス入力が、弛緩するタイミングで抑制性シナプス入力が強くなる、いわゆるpush-pull様式でリズムが形成されていることが推定できた。

これにより、歩行運動の際には、それぞれの運動ニューロンにおいて、支配する筋が収縮するタイミングで興奮性シナプス入力が、弛緩するタイミングで抑制性シナプス入力が強くなることでリズムが形成されていることが推定できた。今後は異なる髄節内のモジュール神経回路の出力をさらに詳細に生理学的な解析を行うとともに、得られた実験データを計算論的モデリングを用いての作動原理を明らかにする。特にリズム活動の際の興奮性および抑制性のシナプス入力によるコンダクタンスの変化を定量的に明らかにする。また歩行異常を示す遺伝子改変マウスと野生型を比較する。今後は、これまでに得られたマウス新生児の腰髄組織片の左右の運動ニューロンにおいて誘発されたリズミックな活動パターンの詳細な解析を行い、歩行異常を示すマウスとの比較を行う。神経科学年度途中で所属機関を異動(筑波大学から富山大学)し、機器の移設および実験動物の移動および導入を行う必要が生じた。このため実験の遂行が一時中断した。動物実験を行うよりも計算論的推定手法に多くを割いたため予定よりも消耗品の購入額が小さかった。主として、中断していた実験を行うための消耗品の購入(試薬、実験動物)および研究打ち合わせのための旅費に使用する。動物実験のための消耗品の購入、研究打ち合わせおよび成果発表のための旅費に使用する。
パタ-ン認識手法にもとづくタンパク質アミノ酸配列デ-タの高次処理に関する研究

本研究はタンパク質のアミノ酸配列デ-タとその高次構造や機能との相関解析を通じ、パタ-ン認識手法に基づく配列デ-タの高次解析手法の確立を目指すものである。ここでは従来の二次構造分類とは異なった観点から、ある特定残基の局所三次元構造のクラス分類を行うことを目的として、ポテンシャル関数法によるタンパク質アミノ酸残基のφーψ配座パタ-ンのクラスタリングを試みた。20種のアミノ酸について、各残基種ごとにφーψ配座パタ-ンの分布圏をポテンシャル関数法を用いて作成した。さらに、これらのデ-タをもとにφーψ空間における配座パタ-ンのモ-ド探索並びにクラスタ-分析を行なった。その結果、いずれの場合においても二つ以上の主要クラスタ-が検出された。特に、グリシン残基を中心としたφーψパタ-ンからは5つの主要なクラスタ-を見出すことができ、約70%のグリシン残基がこれら5つのクラスタ-のいずれかに含まれることが明らかとなった。モ-ド探索によるこれら5つのクラスタ-中心のφーψパタ-ンはそれぞれ(85.07゚,5.58゚)、(-61.98゚,-42.67゚)、(84.19゚,-160.72゚)、(176.80,-170.03゚)、(-79.58゚,168.65゚)であった。一方、その他のアミノ酸残基についても同様な解析を行ったところ、23個の主要なクラスタ-が検出され、平均で約80%の残基がそれらのクラスタ-のいずれかに含まれる結果となった。以上、本研究ではタンパク質主鎖の局所構造情報のデ-タ解析に対し、ポテンシャル関数を用いたモ-ド探索とクラスタリングのための手法を提案するとともに、本法を20種のアミノ酸残基ごとのφーψ配座パタ-ンの解析に応用し、各アミノ酸種ごとの主要なクラスタ-を明らかにした。
補体活性と糖鎖異常に着目した二次性血栓性微小血管症(TMA)の病態解明

血栓性微小血管症(TMA)は腎予後、生命予後ともに不良な難治性病態であるが、早期診断法や治療法は確立されていない。申請者らは腎障害モデルにおいて、補体活性化が腎障害を増悪させることを見出してきた。近年、Glycocalyxによる血管内皮の恒常性維持作用が注目されている。本研究では、「二次性TMAでは糸球体内皮細胞上のGlycocalyxの発現が低下し、それにより補体活性化が惹起され腎障害が増悪する」という仮説を検証する。本研究を通して、TMAの早期診断や治療標的の同定につながる新たな知見を見出すことを最終目標とする。
高分子ゲルの体積相転移と相転移ダイナミクスに関する研究

体積相転移温度近傍でのポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPA)ゲルの膨潤・収縮のダイナミクスを温度ジャンプ法で調べた.膨潤過程では,ゲルが収縮相にある場合も膨潤相にある場合も共に転移温度に近づくにつれ拡散係数は減少することがわかった.この現象は,二次転移的な体積変化を示すゲルだけでなく,体積が連続的に変化するゲルや不連続に変化するゲル(一次転移ゲル)にも見られることがわかった.一方,収縮過程では,ゲルが膨潤相にある場合は温度ジャンプ法で求めた拡散係数は膨潤過程での値とよく一致した.しかしながら,収縮相にあるゲルでは体積変化から計算した拡散係数は,その温度ジャンプにより生じる全体積変化量に大きく依存することがわかった.収縮過程では,ゲルの体積変化と相分離とは密接に関係している.上にのべた収縮過程での特異な挙動は収縮が相分離の影響によるものと考えられる.少量のイオン性基を含むPNIPAゲルの体積相転移挙動に及ぼす荷重の影響を調べた.この研究により,転移温度の荷重(応力)依存性曲線がファンデアワールス流体系での相図に対応することを見いだした.荷重下(応力場)にあるゲルでは,転移温度の応力依存性曲線が相図に対応することから,共存線の勾配よりクラペイロンの式に用いて転移熱を求める方法を提案した.この方法で求めた転移熱は高分子網目の転移熱(網目の部分モルエンタルピー)に対応することも示した.体積相転移温度近傍でのポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPA)ゲルの膨潤・収縮のダイナミクスを温度ジャンプ法で調べた.膨潤過程では,ゲルが収縮相にある場合も膨潤相にある場合も共に転移温度に近づくにつれ拡散係数は減少することがわかった.この現象は,二次転移的な体積変化を示すゲルだけでなく,体積が連続的に変化するゲルや不連続に変化するゲル(一次転移ゲル)にも見られることがわかった.一方,収縮過程では,ゲルが膨潤相にある場合は温度ジャンプ法で求めた拡散係数は膨潤過程での値とよく一致した.しかしながら,収縮相にあるゲルでは体積変化から計算した拡散係数は,その温度ジャンプにより生じる全体積変化量に大きく依存することがわかった.収縮過程では,ゲルの体積変化と相分離とは密接に関係している.上にのべた収縮過程での特異な挙動は収縮が相分離の影響によるものと考えられる.少量のイオン性基を含むPNIPAゲルの体積相転移挙動に及ぼす荷重の影響を調べた.この研究により,転移温度の荷重(応力)依存性曲線がファンデアワールス流体系での相図に対応することを見いだした.荷重下(応力場)にあるゲルでは,転移温度の応力依存性曲線が相図に対応することから,共存線の勾配よりクラペイロンの式に用いて転移熱を求める方法を提案した.この方法で求めた転移熱は高分子網目の転移熱(網目の部分モルエンタルピー)に対応することも示した.架橋密度の異なる3種類の円筒状PNIPAゲルを作製し,それらのゲルの体積(V)-温度(T)挙動を調べた.架橋密度の低いゲルではV-T曲線上に不連続な転移(一次転移)が見られた.このゲルでは,高温領域ではゲルは収縮し,低温ではゲルは膨潤状態にある.これらの2種類の相はある温度(転移温度)では共存できるがそれ以外の温度ではどちらかの相のみが安定に存在できることがわかた.一方,架橋密度の高いゲルでは,体積は温度の増加と共に減少するもののV-T曲線には不連続な変化は見られず,V-T曲線から見る限り相転移は起こっていないことがわかった.すなわち,このゲルの相転移の次数は0次であることがわかった.中程度の架橋密度を有するゲルではV-T曲線には不連続性は現れないものの,ある温度で体積が急激に変化する連続転移(二次転移)現象が見られた.これら3種類のゲルは相転移の次数で分類するとそれぞれが異なるクラスに属していることが明らかになった.これらのゲルの相転移挙動を別の物理量で見てもV-T曲線での分類と同じように分類できるかどうかを明らかにするため,これらのゲルの拡散係数(D)の温度依存性を調べた.これら3種類のゲルのDの温度依存性曲線から,どのゲルでもDは転移温度付近で急激に低下することがわかった.このDの低下は高温側から転移温度に接近した場合でも低温側から接近した場合も同様であることもわかった.これはある温度を境として,どのゲルでも相変化(相転移)が起こっていることを示唆しているが,これらのゲルの相転移の次数はすべて同じであることも示している.これらのことから,PNIPAゲルでは観測する物理量により相転移の次数が異なるという特異な現象が発現することが明らかになった.ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPA)ゲルおよびイオン種を含むPNIPAゲルを作製し,それらのゲルの体積(V)ー温度(T)挙動に及ぼす荷重(張力)の影響を調べた.荷重を印加しない状態でのPNIPAゲルでは,V-T曲線上に不連続な転移(一次転移)は見られずこの状態では連続転移することがわかった.しかし,荷重を印加した状態ではPNIPAゲルは不連続的な体積変化挙動を示した.転移温度は荷重の増加と共に高温側にシフトした.不連続転移の幅も荷重の増加と共に大きくなった.一方,イオンを含むゲルでは無荷重の状態でも体積変化は不連続であった.その幅は導入したイオンの量の増加と共に大きくなることがわかった.また,転移温度もイオンの導入量の増加と共に高くなった.

イオンを導入したゲルに荷重を引火するとPNIPAゲルの揚合と同様に荷重の増加と共に転移温度は高温側にシフトし,転移幅も大きくなった.これらのことは,イオンの導入の効果と荷重の印加の効果は共にゲルの転移温度を高温側にシフトさせ,不連続転移の幅を大きくするという点で同じであることがわかった.これはイオンの導入の場合も荷重の印加の場合も同じくゲルを膨潤させるために不連続転移の特徴が強く現れたのかもしれない.これはランダウ型の自由エネルギーの表式を用いると統一的に記述でき,イオン導入や荷重のゲルの体積相転移に及ぼす影響は現象論的には外場による膨潤度の変化でうまく説明することができた.少量のイオン性基を含むポリ(N-イソプロピルアクリルアミド)(PNIPA)ゲルの体積相転移挙動に及ぼす荷重の影響を調べた.特に,膨潤度や転移温度に及ぼす荷重の影響を詳細に調べた.この研究により,転移温度の荷重(応力)依存性曲線がファンデアワールス流体系での相図に対応することを見いだした.これによりファンデアワールス流体の状態方程式に対応するゲルの状態方程式を書き下すことができた.Landau型の自由エネルギーをこれらのゲル系に適用し,転移温度や膨潤度変化の解析を試みた結果,Landau型自由エネルギーは外場のかかっているゲルの臨界展近傍での体積相転移挙動の解析に有効であることが明らかになった.荷重下(応力場)にあるゲルでは,転移温度の応力依存性曲線が相図に対応することから,共存線の勾配よりクラペイロンの式に用いて転移熱を求める方法を提案した.この方法で求めた転移熱は高分子網目の転移熱(網目の部分モルエンタルピー)に対応することも示した.さらに,実験からDSC(示差走査熱量測定)などの熱量測定で得られる転移熱は,網目の部分モルエンタルピーだけでなく溶媒の部分モルエンタルピーによる寄与,すなわち水の構造転移に起因する転移熱,もあることを示した.これらの結果より,今まで漠然と用いられてきた"体積相転移熱"を高分子網目の部分モル量で定義することを提案し,この量を用いるとゲルの体積相転移の熱力学が非常に明確になることを示した.
獣医領域における膵島移植のための新しい凍結法の開発

本研究の主な目的は、膵島を分離する以前の膵臓自体の保存を含め、実際の移植に耐え得る膵島の保存方法を動物の膵島を用いてin vitroで検索したのちに、凍結融解した膵島を用いて実験的糖尿病モデル動物に移植し、その効果をin vivoで調べ、更に膵島の凍結によるインスリン分泌能の低下の原因を明らかにすることである。凍結装置は、山口大学農学部家畜外科学教室が現有するプログラムフリーザ-(MPF-1000,EYELA)と液体窒素を使用した。膵島モデルはラットおよび食肉センターより入手したブタあるいはウシから得た。分離培養操作には同教室現有のクリーンベンチおよび冷却遠心機を使った。糖尿病モデル動物は田浦らの方法に従って、膵全摘出あるいはステトプトゾトシン注射にて作出し、安定した糖尿病状態を維持できた。今後はそれらに凍結融解した膵島を移植する予定であるが、今回はin vitroでの生存性からデータを解析した。すなわち、in vitroはインスリン分泌能を測定し、形態的および機能的に膵島を検索した。in vivoではレシピエントの糖尿病状態を各項目でモニターし、最終的にはドナーを再摘出し組織検査を実施し、レシピエントが再び糖尿病状態になるかどうかについて今後検討したい。それらの結果、従来までジメチルスルホキシド(DMSO)の存在下でしか凍結できないとされていた膵島の凍結をエチレングリコール(EG)存在下で行い、EGでも膵島の凍結保存が可能であることが世界で初めて実証できた。まEGは長時間侵漬による膵島への細胞毒性と、凍結時の浸透圧ショックがDMSOに較べて低いことを証明し、より簡便に膵島を凍結保存できることを明らかにした。本研究の主な目的は、膵島を分離する以前の膵臓自体の保存を含め、実際の移植に耐え得る膵島の保存方法を動物の膵島を用いてin vitroで検索したのちに、凍結融解した膵島を用いて実験的糖尿病モデル動物に移植し、その効果をin vivoで調べ、さらに膵島の凍結によるインスリン分泌能の低下の原因を明らかにすることである。膵島モデルはラットおよび食肉センサーより入手するブタあるいはウシから得た。糖尿病モデル動物は田浦らの方法に従って、膵全摘出あるいはストレプトゾトシン注射にて作出し、安定した糖尿病状態を維持できた、今後はそれらに凍結融解した膵島の移植する予定である。in vitroはインスリン分泌能を測定し、形態的および機能的に膵島を検索した。in vivoではレシピエントの糖尿病状態を各項目でモニターし、最終的にはドナーを再摘出し組織検査を実施し、レシピエントが再び糖尿病状態になるかどうかを確認する計画を進行中である。その結果、従来までジメチルスルホキシド(DMSO)の存在下でしか凍結できないとされていた膵島の凍結をエチレングリコール(EG)存在下で行い、EGでも膵島の凍結保存が可能であることを世界で初めて実証できた。またEGは長時間浸漬による膵島への細胞毒性と、凍結時の浸透圧ショックがDMSOに較べて低いことを証明し、より簡便に膵島を凍結保存できることを明らかにした。本研究の主な目的は、膵島を分離する以前の膵臓自体の保存を含め、実際の移植に耐え得る膵島の保存方法を動物の膵島を用いてin vitroで検索したのちに、凍結融解した膵島を用いて実験的糖尿病モデル動物に移植し、その効果をin vitroで調べ、さらに膵島の凍結によるインスリン分泌能の低下の原因を明らかにすることである。

膵島モデルはラットおよび食肉センターより入手したブタあるいはウシから得た。分離培養操作には同教室現有のクリーンベンチおよび冷却遠心機を使った。糖尿病モデル動物は田浦らの方法に従って、膵全摘出あるいはストレプトゾトシン注射にて作出し、安定した糖尿病状態を維持できた。今後はそれらに凍結融解した膵島を移植する予定であるが、今回はin vitroでの生存性からデータを解析した。すなわち、in vitroはインスリン分泌能を測定し、形態的および機能的に膵島を検索した。in vitroではレシピエントの糖尿病状態を各項目でモニターし、最終的にはドナーを再摘出し組織検査を実施し、レシピエントが再び糖尿病状態になるかどうかについて今後検討したい。それらの結果、従来までジメチルスルホキシド(DMSO)の存在下でしか凍結できないとされていた膵島の凍結をエチレングリコール(EG)存在下で行い、EGでも膵島の凍結保存が可能であることが世界で初めて実証できた。またEGは長時間浸漬による膵島への細胞毒性と、凍結時の浸透圧ショックがDMSOに較べて低いことを証明し、より簡便に膵島を凍結保存できることを明らかにした。
ドーパミントランスポーター発現制御因子の解析とその行動への影響

申請者は麻薬の標的でもあるドーパミントランスポーター(DAT)発現制御の研究を行ってきた。ヒトDAT遺伝子の3'UTRの非翻訳領域には遺伝子多型領域があり、この領域を介してHesr1というタンパク質がDAT発現を制御している可能性が、申請者の大学院所属研究室の過去の研究で見出されていた。申請者は、このHesr1がマウス脳でドーパミン神経に発現すること、Hesr1ノックアウト(KO)マウスで統合失調症に関わるプレパルス抑制という驚愕反応抑制が上昇し、この上昇がドーパミンアゴニストでレスキューされること、アゴニストへの感受性がこのKOマウスでは野生型よりも低いことを示した。また、Hesr1 KOマウスではDATのmRNAが有意に減少していた。このことは、Hesr1がドーパミン神経系を調節し感覚調節に関わる可能性を示唆すると考えられる。この研究は国立遺伝学研究所発生工学研究室およびマウス開発研究室との共同研究である。また、Hesr1の共役因子として知られ、男性ホルモンの受容体であるアンドロゲン受容体(AR)をHesr1と培養細胞に共発現させ、DAT発現の制御領域である上記の3'UTRを持つルシフェラーゼレポーター遺伝子の活性を測定したところ、Hesr1とARを共発現させた場合、Hesr1単独で発現させた場合よりも、活性が下がることが分かった。このことは、Hesr1とARが共役するとDAT発現を下げることを示唆するが、DATは男性もしくは雄で女性・雌よりも発現が低いことがわかっており、上記の結果はこの性差形成の分子メカニズムの一つである可能性が高いと考えられる。申請書に記載した通り、我々が注目している遺伝子Hesr1のノックアウトマウスを用いた行動解析から、統合失調症や発達障害で異常がみられるプレパルス抑制の変化を見出し、予定通りドーパミン神経系が関わる認知・行動を同定出来たため。Hesr1遺伝子には一塩基変異の存在が知られているが、この変異を持つ人とそう出ない人の認知機能を心理学的に調査し、in vitroで変異型Hesr1の特徴を解析することで、より一層の理解が期待出来る。ヒトドーパミントランスポーター(DAT)遺伝子の非翻訳領域に存在する繰り返し多型(VNTR)にはその繰り返し数が6、7、9、10、11回のリピートのものが存在し、この多型と様々な疾患感受性の個人差の相関研究が行われている。我々はこの多型が疾患に影響するメカニズムの研究をしている。この各リピートを持つルシフェラーゼレポーターに対し各HESRをヒト神経芽細胞のSH-SY5Yにおいて共発現させたときに、各リピートに対しどのような効果があるかを検討した。その結果、HESRを共発現させていない場合は各リピート間でルシフェラーゼ活性に違いが見られ、HESR1を共発現させると特に10リピートが強く抑制され、HBSR2は各リピート間でのルシフェラーゼ活性の違いを少なくする傾向があるということが分かった。HESR3は特に効果を示さなかった。よってDATのVNTRはDAT発現に影響を与え、またHESRファミリーに調節を受ける可能性が示唆された。また、ドーパミンニューロンは中脳の黒質(SN)や腹側被蓋野(VTA)が主な起始点であるが、Hesrファミリーは中脳のどの部位で発現しているのかをマウス脳を用いた免疫組織化学で検証した。その結果Hesr1と2は細胞内では主に核に存在するが、意外なことにHesr3は転写因子であるが細胞質に存在するということが分かった。脳の部位としては全てのHesrがSNとVTA両方で発現していることが分かった。以上の結果からHESRファミリーは脳のドーパミンニューロンに実際発現しており、ドーパミントランスポーターの量を、VNTRを介して調節している可能性が示唆された。この結果を現在、論文にして投稿中である。私はヒトの精神や性格など個人差に関わる遺伝子に着目し、精神疾患や気分障害、ADHDなどの発達障害との相関研究が多数報告されているドーパミントランスポーター(DAT)遺伝子多型の機能解析を行ってきた。この多型は、DAT遺伝子の非翻訳領域に存在し約40塩基のDNA領域が繰り返すもの(VNTRと呼ばれる)で、その繰り返し数に個人差ある。当研究室ではこの領域に結合するDAT発現制御因子としてHESR1というタンパクを同定したが、私は、HESRの更なる機能解析に加え、ファミリー遺伝子であるHESR2,3の機能解析も行ってきた。その結果、昨年度までに、HESRと2がDAT発現を抑制する可能性をin vitroの系で示し、また、これら遺伝子はタンパクレベルで確かに脳(マウス)発現していることを示した。このように、in vitro、in vivo両方の側面から機能解析を行いその成果を論文として報告た。さらに、Hesr1および2の遺伝子欠損マウスを用いての行動解析も開始し、ほぼデータを取り終えている。これらのマウスでは欠損していないマウスにくらべ、驚愕反応の抑制、新規環境での活動性の変化などが確認された。近年、Hesr1とアンドロゲン受容体が共役因子であるとの報告があることを受け、DATにもなんらかの影響があるのではないかと考えて、アンドロゲンとHesr、そしてDATの関係の解析を開始した。予備実験からマウス去勢処置によってHesr1および2の発現が著しく増加することを示す予備データが得られている。上記の通り、DAT発現を確かめる系が立ち上がっているため、今後はその時のDAT発現の変化を検証していく。また、そのための実験のサンプリングは終了している。ヒト

DAT遺伝子の3'UTRの非翻訳領域には遺伝子多型領域があり、この領域を介してHesr1というタンパク質がDAT発現を制御している可能性が、申請者の大学院所属研究室の過去の研究で見出されていた。申請者は、このHesr1がマウス脳でドーパミン神経に発現すること、Hesr1ノックアウト(KO)マウスで統合失調症に関わるプレパルス抑制という驚愕反応抑制が上昇し、この上昇がドーパミンアゴニストでレスキューされること、アゴニストへの感受性がこのKOマウスでは野生型よりも低いことを示した。また、Hesr1 KOマウスではDATのmRNAが有意に減少していた。このことは、Hesr1がドーパミン神経系を調節し感覚調節に関わる可能性を示唆すると考えられる。この研究は国立遺伝学研究所発生工学研究室およびマウス開発研究室との共同研究である。また、Hesr1の共役因子として知られ、男性ホルモンの受容体であるアンドロゲン受容体(AR)をHesr1と培養細胞に共発現させ、DAT発現の制御領域である上記の3'UTRを持つルシフェラーゼレポーター遺伝子の活性を測定したところ、Hesr1とARを共発現させた場合、Hesr1単独で発現させた場合よりも、活性が下がることが分かった。このことは、Hesr1とARが共役するとDAT発現を下げることを示唆するが、DATは男性もしくは雄で女性・雌よりも発現が低いことがわかっており、上記の結果はこの性差形成の分子メカニズムの一つである可能性が高いと考えられる。申請書に記載した通り、我々が注目している遺伝子Hesr1のノックアウトマウスを用いた行動解析から、統合失調症や発達障害で異常がみられるプレパルス抑制の変化を見出し、予定通りドーパミン神経系が関わる認知・行動を同定出来たため。Hesr1遺伝子には一塩基変異の存在が知られているが、この変異を持つ人とそう出ない人の認知機能を心理学的に調査し、in vitroで変異型Hesr1の特徴を解析することで、より一層の理解が期待出来る。
都市が水環境に与える変異原性負荷と処理効果の影響評価に関する研究

平成7年度には、都市が水環境に与える変異原負荷として、ヒトの食品中に存在する発がん性のヘテロサイクリックアミンが、排泄物を通して下水処理場に流入し、それが生物処理で除去されずに処理水中に存在することを明らかとした。またヘテロサイクリックアミンのうち、Trp-P-2を液体クロマトグラフとマススペクトル解析を通して同定できた。最終年度は、これらの物質が水環境中にどれくらい存在し、そのリスクアセスメントを実施し、定量的な見解を示した。対象として、合流式の都市下水処理場、及びその汚泥処理工程、ヒトの排泄物及び浄化槽汚泥を処理するし尿処理場、さらに放流地先の河川水を、多環芳香族の抽出濃縮法であるブルーレ-ヨン、さらに芳香族アミンに感度が高いumu test NM2009株を用い、抽出された遺伝毒性をHPLC-MSで同定した。その結果、し尿処理場の生物処理水に含まれるTrp-P-2の濃度は、リスクのレベルで、日常の食事中に含まれるリスクとほぼ同程度の発がんの危険率が得られた。つまり、1人1日2リットルの摂取量で、60kgに成人が70年間の摂取を仮定したところ、1万人に1人の発生確率を得られた。都市下水処理場の処理水は、この100分の1の危険率であった。また河川水は、さらに10分の1程度であり、Trp-P-2だけに限れば、河川水から再び浄水工程を経て飲料水となったとしても発がんの危険率は極めて小さいことが定量的に明らかとなった。都市域から排出され水環境に負荷を与えている微量有機物質のうち,発ガン性に由来する物質を追跡し,そのリスクの大きさを評価することを目的としている。数ある発ガン物質のうち,都市下水処理場処理水中に検出されてきた物質を検索することとした。そのスクリーニングのために,ヒト由来であることを検証するため,し尿処理場の調査を実施した。対象をヘテロサイクリックアミンに絞り,その抽出のために,ブルーレ-ヨン法,芳香族アミン検出系のバクテリアアッセイ,HPLC,MS分析を組みあわせた。その結果,ヒトし尿中に発ガン性のTrp-P-2が同定できた。これは食品の焼コゲ由来と推定できる。Trp-P-2は,生物処理により分解されていない。また,同様に都市下水処理場にもTr-P-2は検出でき,処理水中にも残存していた。処理場下流域の河川水中にも検出できた。これらの濃度をアセスメントしたところ,生し尿中で,焼こげのある食品と同等の,毎日2L,60kg 70年間の発ガンリスクは,10000人に1人であった。都市下水処理場の処理水は10^<-6>10^<-7>となり,一般にいわれる発ガンリスク10^<-6>より若干低いリスクであった。河川水中,また下流の浄水場取水口は10^<-8>10^<-9>となり,ほぼ消失するものの,生態系への影響は無視できない。他の発ガン性のヘテロサイクリックアミンの検出ととれた。引きつづき継続年度で検討を重ねる。

対象として、合流式の都市下水処理場、及びその汚泥処理工程、ヒトの排泄物及び浄化槽汚泥を処理するし尿処理場、さらに放流地先の河川水を、多環芳香族の抽出濃縮法であるブルーレ-ヨン、さらに芳香族アミンに感度が高いumu test NM2009株を用い、抽出された遺伝毒性をHPLC-MSで同定した。その結果、し尿処理場の生物処理水に含まれるTrp-P-2の濃度は、リスクのレベルで、日常の食事中に含まれるリスクとほぼ同程度の発がんの危険率が得られた。つまり、1人1日2リットルの摂取量で、60kgに成人が70年間の摂取を仮定したところ、1万人に1人の発生確率を得られた。都市下水処理場の処理水は、この100分の1の危険率であった。また河川水は、さらに10分の1程度であり、Trp-P-2だけに限れば、河川水から再び浄水工程を経て飲料水となったとしても発がんの危険率は極めて小さいことが定量的に明らかとなった。
足趾接地不良者の身体機能評価および理学療法介入効果の検討

『浮き趾』は静止立位時および歩行時に足趾が地面に接地しない状態と定義づけられている,本研究成果から浮き趾は若年・高齢者問わず発症する事が確認された,また浮き趾者では足趾による安定した支持基底面(身体の土台)の形成ができず,歩行中の重心の前方移動(体重の移動)が困難であること,および中足骨頭部(足趾の付け根部分)に荷重が集中し,足部アライメント(外反母趾や偏平足など)の異常につながる可能性があることなどが確認された.『浮き趾』は静止立位時および歩行時に足趾が地面に接地しない状態と定義づけられている,本研究成果から浮き趾は若年・高齢者問わず発症する事が確認された,また浮き趾者では足趾による安定した支持基底面(身体の土台)の形成ができず,歩行中の重心の前方移動(体重の移動)が困難であること,および中足骨頭部(足趾の付け根部分)に荷重が集中し,足部アライメント(外反母趾や偏平足など)の異常につながる可能性があることなどが確認された.1年目の研究計画として、(1)浮き指のスクリーニング方法の妥当性、(2)身体機能への影響を挙げており、以下に実験の概要を示す.【実験1】浮き趾のスクリーニング方法の妥当性と信頼性について検討する事を目的とした.当初市販されているpedo-scopeを購入する予定であったが機器購入予算の不足により、先行研究を基に低予算で作成可能な改良型pedo-scopeを試作した.また浮き趾のスクリーニングチャートを作成し、機器による撮影の再現性、評価者(検査者内・検査者間)のスクリーニングの再現性について検討を実施した.健常女子大学生216名と三原市内在住の高齢女性50名に対してそれぞれ足趾接地状態の評価を行った.各項目とも0.8以上の高い信頼性を示しており、足趾接地状態の評価方法としての妥当性が示された.【実験2】自宅で生活する高齢者女性30名を対象にフットプリント法およびピドスコープ法による足趾接地状態の評価を行い、浮き趾群8名、全足趾接地群を抽出した.各群に対する評価項目として、足趾筋力、足趾機能評価、FRT(バランス検査)を挙げ、浮き趾群と全足趾接地群の比較を行った.全足趾接地群と比較して浮き趾群では足趾筋力およびFRT距離が有意に減少した.【実験3】同様の被験者に対して足趾機能の影響を反映すると考えられる爪先立ちによるFRT(以下変法FRT)を実施し、その際の荷重量について計測した.なお、変法FRT距離計測時にはNitta社製F-scanを用いて足底圧中心の偏移(以下COP移動軌跡)と足趾部の荷重量を計測した.足趾接地群では変法FRT実施時のCOP軌跡が足趾部まで到達しているのに対し、浮き趾群では中足骨頭部で停止しており足趾での荷重量が減少していた.実験2および実験3の結果より浮き趾者では足趾による重心制御が困難となり、これらの機能が低下した場合転倒につながる可能性が示唆された.足趾は感覚器および運動器として働き、姿勢保持や動作時の安定性の確保に重要な役割を担うことが報告されている.近年,静止立位時や歩行中に足趾が地面と接触しない『浮き趾』の存在が報告されている.しかし,浮き趾が動作や身体機能に与える影響については報告されておらず議論の余地がある.本年度の研究では浮き趾の有無が歩行中の足底圧および足底圧軌跡に与える影響について調査することを目的とした.まず,健常成人女性104名に対し静止立位時の足趾接地状態の評価を行い,その結果から,浮き趾群20名および完全接地群15名を実験対象として抽出した.次に,両群における歩行中の足底圧計測を行い,足趾および前足部の荷重量,足底圧軌跡の軌跡長を抽出し比較検討した.また軌跡の形状を「あおり型」「直線型」「非あおり型」,軌跡の終着点を「足趾到達型」「止まり型」「もどり型」に分類し比較検討した.結果,完全接地群と比較し浮き趾群では,足底圧軌跡長,足趾荷重量が減少し,足底圧軌跡においても一般的とされる「あおり型・足趾到達型」が減少する傾向が認められた.浮き趾群では足趾による支持基底面の形成ができず,歩行中の重心の前方移動が困難であると共にウィンドラス機構が働かず足部の剛性が低下し非効率的な歩行につながる可能性が示唆された.また,足趾による荷重配分がおこらず中足骨頭部に対する圧の集中が認められたことから、中足部横アーチの低下や開帳足の原因となる可能性が示唆された.前年度の結果から浮き趾が認められる高齢者では,バランス能力の低下,足趾筋力の減少や足趾機能の低下,偏平足や外反母趾等の足部アライメントの異常が高率に認められており,本研究の考察を支持する結果が得られている.そのため,持続的な足趾の接地不良が足部形態や動作に影響を及ぼす事が示唆され,不安定路面での歩行やタオルギャザー等の足趾屈筋群の賦活が重要であると考えられた.
日本企業における組織への自発的行動と公正さの認知に関する研究

本年度の研究は、以下の3点に要約される。1.昨年度の研究成果をまとめて、第3回アジア社会心理学会(平成11年8月4日7日、於:台湾)で発表した。2.昨年度行った予備調査の結果と、これまでの組織シチズンシップ行動の尺度を参考にしながら、「日本版組織市民行動尺度」を作成した。その尺度とそれに関連する他の質問項目を掲載した調査票を作成した。3.調査を実施し、調査結果の分析を行った。分析結果の要因は以下の通りである:(1)組織市民行動尺度の項目を因子分析した結果、先行研究における因子(利他主義、礼儀正しさ、誠実さ)だけでなく、日本独自と思われる因子(清潔さ)が見出された。また、先行研究では1つの因子だった利他主義が2因子に分離した(組織内利他主義、組織外利他主義)。(2)回答者の属性のうち、女性より男性の方が組織外利他主義の得点が高く、従業員数で大きな組織よりやや小さい組織の方が組織外利他主義の得点が高かった。(3)全般的にいって、職場での気分が良い人ほど、組織市民行動をよく行っていた。(4)組織から物心ともに支援されていると感じている人ほど、組織市民行動をよく行っていた。(5)組織の手続きが公正であると認めている人ほど、組織市民行動をよく行っていた。本年度の研究は、以下の2点に要約される:1.これまでアメリカを中心に行われた組織シチズンシップ行動(organizational citizenship behavior)に関する心理学的研究を検索し、研究傾向を調べた。2.これまでの研究成果を参考にしながら、日本企業における組織シチズンシップ行動とは何かについて予備調査をおこなった。1.これまで行われた組織シチズンシップ行動に関する心理学の論文の傾向を調査するために、まず心理学関連文献データベース(PsychLit)によってキーワード検索を行った。その結果、最初の論文が発表されたのは1983年であり、研究数は1990年以降徐々に多くなっていることがわかった。さらに、最近の組織シチズンシップ行動研究についての展望論文(Bolino,1999;Van Dyne et al,1995)から、これまで類似した概念がいくつか示されー例えば、「組織への向社会的行動(organizational prosocial behavior)」「組織への自発性(organizational spontinueity)」ー、未だそれらの概念間に混乱のあること、報酬に無関連に自発的に行われるというよりは印象管理(自分の行動をよく見せようとすること)を篇図して行われていることが多いのではないかとする見方のあることがわかった。2.日本企業において、具体的にどういった行動が組織シチズンシップ行動に該当するのかが問題になる。そこで、これまで作成された組織シチズンシップ行動尺度の項目に加えて、日本独自と思われる行動を加えて調査票を作成し、予備調査を行った。現在、調査結果は分析中である。
複雑な環境下における電波伝搬特性推定法の開発に関する研究

ユビキタスネットワークの構築の実現に向け、情報通信技術の多様な発展が進んでいることから、複雑な環境下における電波伝搬特性推定法の開発に関する研究として、基本的な電磁波散乱現象を含む以下の問題を取り上げ、以下の種々の問題に対して精度の良い近似解法の提案を行った。1、2枚の半無限平行導体板による散乱問題2、1枚の厚みのある半無限導体板による散乱問題例えば都市部や市街地などの複雑な環境下では、1の問題はビル間、2の問題は単一ビルでの電波の散乱問題として想定できる。これらの2つの問題に対して精度の保証された近似解法が提案できれば、それらの組み合わせにより複雑な問題へ拡張できると考えることができる。当該年度では2の問題を取り上げた。この問題では、スペクトル領域で厳密な解に無限連立方程式の解および複雑な核関数の因数分解を含むことから、そのフーリエ逆変換が解析的に厳密に得られない問題点があった。そこで本研究では、そのフーリエ逆変換が解析的に得られるように厳密解の式変形を行い、厳密解のスペクトル関数での振る舞いを、波長に対する散乱体の大きさと平面波の散乱体に対する入射角を数値パラメータとして数値的に考察し、近似解の導出を試みた。その結果、問題であった核関数の因数分解の解析的な処理および無限連立方程式の解を導くことが不要となり、キルヒホッフ・ホイヘンスの定理を用いて導出した標本化関数と厳密解に含まれる既知関数のみで近似できることを示した。近似解の精度については、スペクトル領域で厳密解と比較し、両者が良く一致することが判明した。またこれにより複雑な計算が不要となり、さらに計算機時間の大幅な節減を行うことができた。よって、本研究で導出した近似解の精度が保証され、複雑系の電波散乱問題に適用する場合、有効な近似解法として期待できる。
フットサウナを用いた心疾患患者におけるＱＯＬと予後の改善を目指した看護ケアの構築

心不全患者が日常的に温熱療法を自宅で施行できるように、簡便なフットサウナを用いた看護ケアプログラムの構築をめざした。このために入院中の心不全患者を対象としてフットサウナの安全性と有効性を心エコーによる左室駆出率、脳性ナトリウム利尿ペプチド(BNP)値、血圧や心拍の変動、深部体温変化、血管内皮機能、睡眠調査によって評価した。北海道大学では寒冷地での症例を収集、旭川医科大学では心機能や睡眠が改善する機序に迫る基礎的検討を行った。就寝前に身体を温めることにより、血圧や心拍に有意な変動を及ぼさず、心機能や血管内皮機能、睡眠が改善することを見出し、看護ケアとしての有用性が示唆された。今年度は九州大学での患者登録と看護ケアプログラムの構築を中心として行った。同時に北海道大学と旭川医科大学での研究を開始するための支援を行い来年度からの研究に向けて準備した。九州大学病院循環器内科では同意を得た心不全患者11例において膝下を遠赤外線で温める足温器(フットサウナ)を用いてその安全性と3日間連用前後での効果を検討した。安全性の確認は45分間温めた前後の血圧・脈拍・深部体温などのバイタルサイン、発汗量、血管内皮機能(FMD)、交感神経活性(心拍変動)、血液・尿生化学的変化(神経体液性因子、炎症・酸化ストレスマーカーなど)について行った。使用中の血行動態は安定しており、FMDの改善と酸化ストレスの軽減がみられた。さらに、この温熱効果を確実にするためにフットサウナを3日間午後8時から45分間連用し、その前後でFMD、交感神経活性(心拍変動)、血液・尿生化学的変化(神経体液性因子、炎症・酸化ストレスマーカーなど)及び、睡眠に及ぼす影響についてアンケート調査を行った。連続使用前後でもFMDと酸化ストレスマーカーの改善が見られ、睡眠調査では夢見などにおいて改善をみた。以上の結果から膝から下をフットサウナで温めることにより全身の体温が上昇し、3日間続けることにより安定した効果が得られると考えられた。現在、北海道大学では自主臨床研究審査委員会から承認され必要機材の購入がなされ対象患者に対する臨床研究を可能とする準備が整っている。旭川医科大学でも倫理委員会の承認を経て来年度からは症例検討が進む予定である。九州大学では今後、家庭で長期間使用することにより心不全に対する慢性効果を検討する予定である。今年度は九州大学及び、北海道大学、旭川医科大学において心不全患者を対象としたフットサウナの血行動態や睡眠に対する効果を検討し、その機序に迫る知見も得つつある。九州大学病院循環器内科では今年度までの症例数は心不全患者24例に増えた。膝下を遠赤外線足温器(フットサウナ)を用いて暖めることにより、深部体温を平均0.26度上昇させ温熱による心不全や睡眠の質の改善効果を検討した。フットサウナは45°Cでの加熱15分に加えて保温30分の45分間の使用で十分な深部体温の上昇を血行動態の変化無く安全に得ることができ、これを3日間就寝前に連用する事によって、その前後での血中生理活性物質(hANP,BNP等)や抗酸化物質、尿中カテコラミン、8-OHPG(8-Hydroxyguanosine)と血流依存性血管拡張反応検査(FMD検査)を加温の前後で行った。また、睡眠に対する効果は一般的な睡眠調査票であるOSA睡眠調査票、セントマリー病院睡眠質問票により使用前3日間と使用後3日間の調査を行った。連続使用前後でもFMDと酸化ストレスマーカー、尿中8-OHDGの改善が見られ、睡眠調査では夢見などにおいて改善をみた。以上の結果から膝下をフットサウナで温めることにより全身の体温が上昇し、3日間続けることにより安定した血管内皮機能の改善や睡眠改善効果が得られると考えられた。現在、北海道大学においても、温熱効果が睡眠に及ぼす効果を検討中であり、旭川医科大学では心不全患者におけるヒートショックプロテインの変化をフットサウナ前後で計測し、これが増加していることを見出している。今後、北海道大学、旭川医科大学でも症例を増やして行く予定である。環境温度や気象条件の異なる九州大学病院と北海道大学病院・旭川医科大学病院においてフットサウナを用いた慢性心不全患者に対する看護ケアを実施し、その効果や機序について定期的に検討会を開きながら研究を遂行した。1)入院中の心不全患者に対する温熱ケアプログラムの急性効果の検討3施設とも心不全患者に対する温熱ケアの急性効果に関して安全性、有効性のエビデンスが蓄積された。平成22年度から25年度の間に九州大学病院34人、北海道大学病院5人、旭川医科大学病院12人となり、合計51人となった。膝下を遠赤外線足温器(フットサウナ)を用いて15分間45度で温めた後、30分間保温するという温熱ケアにより室温が20度前後であれば地域に関係なく皮膚温は平均1.0度、深部体温は平均0.4度から0.6度上昇することがわかった。