hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
霊長類におけるストレス蛋白質の解析

小胞体ストレス蛋白質のひとつにカルレティキュリン(Crt)がある.Crtは分子量約55 kDaのタンパク質であり,細胞内小器官である小胞体に常駐する分子シャペロンの一種である.その細胞外での機能はまだ完全には明らかにされていないが,様々な疾患で血中濃度の変動が報告されているため,細胞外での機能解明は重要であると考えられる.カニクイザル血漿中におけるCrt自己抗体の加齢に伴う変化を調査したところ, Crt自己抗体は加齢に伴う増加を示したが, Crtの増減は加齢との相関は見られなかった.次にカニクイザルリンパ球中における制御性T細胞の関与する免疫寛容系の加齢による変化を解析したところ,細胞抗原マーカーであるFOXP3, FOXP3/CD25, CD25/CD4の発現が若齢サル血球に比べて老齢ザル血球で減少していることが明らかになった.またカニクイザル白血球細胞においてCrtによって発現量が増加した遺伝子群は細胞骨格再構築,免疫および細胞接着に関与する遺伝子群であった.小胞体ストレス蛋白質のひとつにカルレティキュリン(Crt)がある.Crtは分子量約55 kDaのタンパク質であり,細胞内小器官である小胞体に常駐する分子シャペロンの一種である.その細胞外での機能はまだ完全には明らかにされていないが,様々な疾患で血中濃度の変動が報告されているため,細胞外での機能解明は重要であると考えられる.カニクイザル血漿中におけるCrt自己抗体の加齢に伴う変化を調査したところ, Crt自己抗体は加齢に伴う増加を示したが, Crtの増減は加齢との相関は見られなかった.次にカニクイザルリンパ球中における制御性T細胞の関与する免疫寛容系の加齢による変化を解析したところ,細胞抗原マーカーであるFOXP3, FOXP3/CD25, CD25/CD4の発現が若齢サル血球に比べて老齢ザル血球で減少していることが明らかになった.またカニクイザル白血球細胞においてCrtによって発現量が増加した遺伝子群は細胞骨格再構築,免疫および細胞接着に関与する遺伝子群であった.小胞体ストレス蛋白質のひとつにカルレティキュリンがある。カルレティキュリンは新生糖タンパク質の正しい高次構造の形成と品質管理を行うことが知られている分子シャペロンである。これまで細胞内小器官・小胞体に局在することが知られており、その働きが調べられてきたが、近年細胞外での働きも注目されるようになってきた。今年度は血中カルレティキュリン測定用サンプルとしてカニクイザル血漿を幼齢群(1.5歳)10頭、若齢群(5-10歳)20頭、老齢群(20-34歳)63頭の3群から、合計93サンプルの収集を行った。カルレティキュリン自己抗体を測定するためのELISA法に用いる標準物質としてカルレティキュリン組換タンパク質発現系を用いてリコンビナントタンパク質を精製した。上記マテリアルからカルレティキュリン自己抗体のELISA測定系を確立し、カニクイザル血漿中におけるカルレティキュリン自己抗体の加齢に伴う変化を調査した。カルレティキュリン自己抗体は加齢に伴う増加を示したが、カルレティキュリンの増減は加齢とは関係がない傾向が見られた。抗原となりうるカルレティキュリンの恒常性とカルレティキュリン自己抗体の加齢による増加という現象から、加齢により免疫寛容系の崩壊が起こり自己免疫疾患の要因になっているのではないかと予想した。そこでカニクイザルリンパ球中における制御性T細胞の関与する免疫寛容系の加齢による変化をフローサイトメトリーによって解析し、細胞表面抗原マーカーであるFOXP3, FOXP3/CD25, CD25/CD4の発現が若齢サル血球に比べて老齢ザル血球で減少していることを明らかにした。カルレティキュリン(Crt)は分子量約55kDaのタンパク質であり,細胞内小器官である小胞体に常駐し,新生タンパク質に対して糖鎖の付加やトリミングをすることが知られている分子シャペロンの一種である.その細胞外での機能はまだ完全には明らかにされていないが,様々な疾患で血中濃度の変動が報告されているため,細胞外での機能解明は重要であると考えられる.平成22年度は大腸菌組換タンパク質発現系を用いてリコンビナントCrtを精製し,ELISA系を構築した.また血中CrtおよびCrt自己抗体をカニクイザル幼齢群,若齢群,老齢群から得た93サンプルで調査した.Crt自己抗体は加齢に伴う増加を示したが,Crtの増減は加齢とは関係がない傾向が見られた.そこでカニクイザルリンパ球中における制御性T細胞の関与する免疫寛容系の加齢による変化をフローサイトメトリーによって解析し,細胞抗原マーカーであるFOXP3,FOXP3/CD25,CD25/CD4の発現が若齢サル血球に比べて老齢ザル血球で減少していることを明らかにした.今年度は更にCrtの細胞外での機能について遺伝子発現を指標として解析した.カニクイザル白血球は,リポ多糖(LPS)を添加したRPMI-1640培地によって培養された.SOLiD-4systemを用いてCrt存在下,非存在下の各細胞の遺伝子発現について解析した.解析された約30,000の遺伝子のうち,およそ18,000の遺伝子についての発現量はthe readsperkilobase of exon length per millionmapped reads (RPKM)値によって比較された.
脈波分光法を用いた周術期循環制御法の開発研究

[目的・方法]脈波分光法は、パルスオキシメトリーの原理として幅広く臨床で利用されている。本法を用いたインドシアニングリーン(ICG)濃度の非侵襲的連続測定により、循環血液量、心拍出量、肝機能(異物排泄能)の同時測定が可能である。ICGによる循環血液量測定の前提条件としては、ICGが強固にタンパク結合すること、またone-compartmentモデルにしたがって血中より消失されることがあげられている。本研究では、まず基礎的研究として、ICGのタンパク結合性を限外ろ過法を用いて実測し、循環血液量測定値との関係を明らかにした。さらに通常の瞬時投与と同時に瞬時・持続投与の併用によるone-compartmentモデルの妥当性を評価した。次に臨床的研究として、従来解剖学的・生理的特徴から、十分な循環機能評価が困難であった乳幼児について、脈波分光法による非侵襲的な循環血液量・心拍出量測定が測定精度・簡便性の点で、臨床使用に耐えうるかどうかを評価した。[結果・考察]ICGのタンパク結合度は従来の報告と異なり、個人差が大きかったが、結合度の多少は循環血液量の測定結果に影響しなかった。このことからフリーの血中ICGが、おそらくは比較的大きな分子量のために、投与後数分間の短時間においては殆ど血中に留まっていることが示唆された。瞬時投与、瞬時・持続併用投与法の比較で両者の測定結果が一致したことから、血中ICGはone-compartmentモデルに従い、ベッドサイドの測定においては簡便な一回瞬時投与で循環血液量が測定できることが明らかとなった。乳幼児での使用により、脈波分光法で、十分な妥当性を持って循環機能が評価できることが明らかとなった。
レーダ映像強度特性の解明による海難防止に関する研究

我が国には、島と島を結ぶ架橋が数多く存在する。特に瀬戸内海は狭航路周辺にいくつかの架橋が架設されており、船舶の安全運航を考える上で橋梁のレーダ映像のマスキング特性とレーダ反射強度の解析は重要であると考える。本研究では、船舶交通の安全性を向上させるため、形状の高さ、部材などが違う2つの異なる架橋の幅員方向のマスキング特性や反射強度について解析した。従来、小型船舶などの小物標のレーダ反射強度は、映像内の最大信号強度により評価してきたが、小型船舶などの小物標とは異なる巨大かつ強反射体である架橋について、レーダ反射強度の新たな評価方法を改善した。開発した12bitの信号で反射信号を出力する形式のレーダ画像変換装置を用いた小型船を対象とした実験を行い,小型船のレーダ反射強度の特性を実験的に明らかにした。次の知見が得られた。(1)レーダのアナログ信号を指定範囲について,デジタル信号に変換可能なレーダ画像変換装置を開発した。(2)固定物は小型船のような小型反射物より,反射強度が強いことが明らかになった。(3)レーダリフレクターを設置した小型船と設置していない小型船では,レーダリフレクターを設置した小型船の方が,反射強度は大きいことが分かった。(4)レーダリフレクターがあると約1020dBm電力比が大きくなり,同リフレクターが有効であることが明らかになった。レーダ映像の識別の安全に関する問題点が浮き彫りになる事故が多く発生している。特に,瀬戸内海のような大型橋梁が数多く設置されている海域において船舶から見たレーダ上の電波障害に焦点を当て,こうした海洋構造物が交通環境に与える要因を高精度分解能の画像データより明らかにし,船舶事故の減少を最終目的とする研究である。12bitの信号で反射信号を出力する形式のレーダ画像変換装置を開発した。同装置を用いて小型船を対象とした観測を行い,小型船のレーダ反射強度の特性を実験的に明らかにし、以下の知見が得られた。またレーダリフレクターを設置した小型船と設置していない小型船では,レーダリフレクターを設置した小型船の方が,反射強度は大きいことが分かった。レーダリフレクターがあると約1020dBm電力比が大きくなり,同リフレクターが有効であることが明らかになった。()レーダ反射強度の解析において、平均強度による評価方法を試み、理論値並びに従来の最大強度による評価との比較を行った。これにより、架橋の新たなフレネル領域周辺の平均強度により評価方法を検討している。まず、次のシステムを開発した。開発システムは船舶用のレーダ信号が信号変換器を経てレーダ画像変換装置,そして表示用パソコンで表示可能なシステム開発を初年度に行った。すなわち,信号変換器には検波信号レベル変換器と掃引パルスレベル変換回路がある。信号レベル変換器からの出力はレーダ画像変換装置の高速A/D変換器,高速バッファメモリそして高速DIOカードから表示用パソコンへとデータが流れる方式とした。上記の開発したシステムを利用した実験及び評価手法の開発・検討を実施中である。従来、小型船舶などの小物標のレーダ反射強度は、映像内の最大信号強度により評価してきたが、小型船舶などの小物標とは異なる巨大かつ強反射体である架橋について、レーダ反射強度の新たな評価方法を提案した。特に最終年度に以下成果が取りまとめることができた。(1)形状等が大きく異なる2つの橋梁を対象として、レーダ送信波の幅による距離拡大効果を基準にしたマスキング幅(幅員方向の拡大)の拡大比率を求めることにより、マスキング特性が評価可能である。また、マスキング幅(幅員方向の拡大)はレーダの送信パルス幅による影響が最も大きいと考えられる。(2)レーダ反射強度の解析において、新たな評価方法を試み、理論値並びに従来の最大強度による評価との比較を行った。これにより、橋梁のフレネル領域と1/2パルス幅で定める範囲と水平ビーム幅と1/2パルス幅で定める範囲の平均強度等によって評価する2つの新たな方法を示した。これにより、空間的広がりのある物標に関しては反射強度を過大に評価するデメリットを改善できる。以下のシステムを開発した。

開発したシステムは船舶用のレーダ信号が信号変換器を経てレーダ画像変換装置,そして表示用パソコンで表示可能なシステム開発を初年度に行った。すなわち,信号変換器には検波信号レベル変換器と掃引パルスレベル変換回路がある。信号レベル変換器からの出力はレーダ画像変換装置の高速A/D変換器,高速バッファメモリそして高速DIOカードから表示用パソコンへとデータが流れる方式とした。上記の開発したシステムを利用した基礎的な実験及び解析を行っている。当初計画どおり,「レーダ映像の2次元分布を解析できる画像変換システムの開発」を行った。開発したシステムを利用した「データ解析手法開発」及び「橋梁などの海洋構造物の交通環境に与える影響に関するデータを移動用実験レーダの活用により大型橋梁付近海域において現地実験を行いデータの収集と電波障害の改善手法の開発」を行った。今後,システム開発とデータの解析による改善手法開発を連動させて慎重かつ綿密に研究をさらに、進めたい。社会システム工学・安全システム2014年度(初年度)に計画どおり,「レーダ映像の2次元分布を解析できる画像変換システムの開発」を行った。2015年度以降に開発したシステムを利用した「データ解析手法開発」及び「橋梁などの海洋構造物の交通環境に与える影響に関するデータを移動用実験レーダの活用により大型橋梁付近海域において現地実験を行いデータの収集と電波障害の改善手法の開発」を行う予定である。今後,システム開発とデータの解析による改善手法開発を連動させて慎重かつ綿密な実施計画を立案し,残りの2年間で課題の解決に取り組みたい。初年度に開発した画像変換システムの開発が少し遅れた。これにより初年度以降、実施すべき実海域のレーダ反射強度確認実験の回数が予定よりも遅延している。この関係から実験後のデータ解析のための解析作業のための事件費用支払いが少し遅れている。この解析作業は3年目に確実に実施予定である。画像変換装置が、当初予定よりも大幅に安価に入手できたことにより、次年度使用額が発生した。上記に理由による実海域のレーダ反射強度確認実験のための経費を中心につぎのような使用計画を立てている。1確認実験のための物件費として約450千円、2成果発表のための学会などの参加旅費約200千円、3データ解析のための作業謝金など約約304千円を計画している。従って、H28年度分と合わせた合計約954千円を使用して、確実に研究を進める計画である。実績が概ね順調に成果をあげているため、国内での学会発表を追加で検討し、旅費として使用する。
フレミングの法則を応用した高周波振動研磨工具の開発

磁気と電気の相互作用,すなわち磁場と電流の相互作用に着目し,その電磁力を利用した新しい「フレミングの法則を応用した高周波振動研磨工具の開発」について研究を展開した。磁場の高周波変動は電磁コイルのインピーダンスが高いために困難であるのに対して,電流は直流から高周波振動電流まで広範囲にわたって制御性に優れている。本研究では以下の成果を得た。(1)「フレミングの法則を利用した振動パンチング装置の開発とその加工性能評価」新たな加工法として電流と磁場の相互作用を利用した微細穴明け加工法を提案し,加工装置を製作した。交流電流を用いてパンチ工具に断続運動を与えることにより,例えば,軟質工作物を剛性化して加工できる特徴がある。製作した加工装置は2枚の電流通電りん青銅板にフレミング則に従う方向に静磁場を与え,交流電流の振動数と銅板の固有振動数を一致させた共振現象の利用により振動パンチ工具の振幅拡大を図った。その結果,約10倍の振幅拡大に成功した。0.9mm径の超硬パンチにより,アルミナファインセラミックスへの微細穴明けの結果,高能率加工が実現できること,パンチ工具の形状精度を工作物に転写できることを確認できた。(2)「フレミングの法則を応用した細管内面の鏡面加工装置の開発とその加工性能評価」細長い円管を2本のローラーで支えて回転させる3点支持方式研磨装置を開発した。これによって,チャックレスで細長い円管内面の研磨を可能にした。円管内のワイヤ工具の挙動観察が可能なようにアクリルパイプ(φ5×φ3mm)を用い,ワイヤ工具に0.6mm径のダイヤモンド電着ワイヤを用いた。実験の結果,ワイヤ工具が静磁場内で交流電流の向きに対して垂直方向に同じ振動数で振動すること,円管内面に多数の加工痕発生があったことから,本加工法による内面加工の実現可能性を確認した。研究成果は,砥粒加工学会誌,50巻12号(2006)pp.714-717に公表した。毛細管(内径1mm以下,長さ100200mm)の内面,あるいは,スリットの幅0.11mm,長さ1030mmの櫛歯状スリットの内面を鏡面に仕上げる社会ニーズは多い.最近の精密部品の微細化・複雑化に伴い,この種の加工技術に対する問い合わせが頻繁にあるが,従来の研磨技術では実現不可能であるため,より良い回答ができないままでいる.そこで本研究は,電流が流れる導線に磁場が作用するとフレミングの左手の法則に従う電磁力が発生することに着目し,このフレミング則に従う電磁力を加工力とした新しい精密微細研磨技術を創出し,世界的に新しい精密微細加工技術として完成させることを目的として研究開発を実施した.17年度の研究で得られた成果は下記の通りである.(1)微細研磨技術にフレミング則を適用した研究は世界的に皆無であり,新たな微細精密加工技術を提案することができた.(2)すなわち,導線に電流を通電して磁場を作用させることによって微細加工に必要な電磁力(加工力)の発生を原理とする新しい微細加工技術を提案し,加工装置を製作して,その実現性を実験により確認した.(3)導線(工具)は板状であっても良く,電流密度の許容範囲において細くできるため,微細部分の見えない,狭い部位の精密微細加工が可能となる新技術になり得ることを確かめた.(4)本研究に関連する特許出願を行った(特願2005-288894).(5)2006年度精密工学会春季大会学術講演会で研究の成果を発表した.磁気と電気の相互作用,すなわち磁場と電流の相互作用に着目し,その電磁力を利用した新しい「フレミングの法則を応用した高周波振動研磨工具の開発」について研究を展開した。
体外受精・胚移植法にて治療なか不妊夫婦の心理に関する研究

平成6年度には、体外受精・胚移植法で治療中の女性(102名)の心理状態を心理検査と半構成的面接により把握し検討した結果、1.体外受精による治療患者は、不妊治療に伴ってひき起こされている不安が強いこと、2.体外受精による治療患者の不安と不妊治療の背景とに明らかな関連はないこと、3.体外受精による治療患者で不安の強い者の性格特性と治療への受け止め、不妊という事実の受容過程の特徴が明らかになった。平成7年度は、修正した研究目的に従い、質問紙調査は88組の不妊夫婦に依頼し、夫婦ともに有効回答が得られたのは54組であった。半構成的面接では、最低2回以上の面接によって研究データを得る必要があったので、研究承諾が得られ研究データを得られた対象者は12名であった。STAIと夫婦間調整テストの対照群として妊娠後半期にある妊婦夫婦120組に研究依頼し、夫87名、妻97名の有効回答を得た。得られた研究データを研究目的に沿って検討を加えている。例えば、不妊夫婦と対照群である妊婦夫婦について夫婦間調整テストの得点を統計的に比較検討した結果、1.不妊夫婦の合計得点は不妊の背景や結婚期間などとは有意な関連は認められず、2.不妊夫婦の平均得点は妊婦夫婦のそれより有意に低いこと、3.妊婦夫婦の得点分布が一峰性であるのに、不妊夫婦の得点分布が二峰性であることが明らかになった。すなわち、先行研究の結果とは多少異なり、夫婦関係が悪化している夫婦と、良好である夫婦と2つに分かれるということが推測された。以上のように不妊である夫婦の特徴や不妊を体験している女性の心理について検討し、看護の方向性を考察している。1.研究経過不妊治療中の夫婦の心理社会的な背景を明らかにするという研究目的に添って、以下の質問紙と面接シートを作成し、予備調査を実施して、質問紙と面接シートの修正を行い、本調査を実施中である。(1)質問紙調査(2)半構成的面接(面接シートを用いて)(1)子どもの欲しい理由と夫婦の積極性の比較,(2)不妊症であることの受けとめ,(3)治療への期待と不安,(4)ソーシャルサポート2.今後の計画予備調査の結果、研究施設の条件と不妊症の治療の性質上、夫には面接することが予想以上に困難であることが判明したので、妻を中心にデータ収集することにした。夫への質問紙調査の協力を妻を通して促しているが、回収率が低いので他の方策も検討中である。面接による質的なデータ収集では、一人の対象に23回面接をして、データの妥当性・信頼性を高めていく方針をとることにした。質問紙調査は当初の計画のとおり、夫婦100組を目標とする。現在、面接による質的なデータは1事例ずつを丹念に分析しているところである。平成6年度には体外受精・胚移植法で治療中の女性(102名)の心理状態を心理検査と半構成的面接により把握し検討した結果、1.体外受精による治療患者は、不妊治療に伴ってひき起こされている不安が強いこと、2.体外受精による治療患者の不安と不妊治療の背景とに明らかな関連はないこと、3.体外受精による治療患者で不安の強い者の性格特性と治療への受け止め、不妊という事実の受容過程の特徴が明らかになった。SAT1と夫婦調整テストの対照群として妊娠中期にある妊婦夫婦120組に研究依頼し、夫87名、妻97名の有効回答を得た。

得られた研究データを研究目的に沿って検討を加えている。例えば、不妊夫婦と対照群である妊婦夫婦について夫婦間調整テストの得点を統計的に比較検討した結果、1.不妊夫婦の合計得点は不妊の背景や結婚期間などとは有意な関連は認められず、2.不妊夫婦の平均得点は妊婦夫婦のそれより有意に低いこと、3.妊婦夫婦の得点分布が一峰性であるのに、不妊夫婦の得点分布が二峰性であることが明らかになった。すなわち、先行研究の結果とは多少異なり、夫婦関係が悪化している夫婦と、良好である夫婦と2つに分かれるということが推測された。以上のように不妊である夫婦の特徴や不妊を体験している女性の心理について検討し、看護の方向性を考察している。
非可逆な非勾配型の系に対するスケール極限の研究

ランダムなノイズのある一次元調和振動子鎖に対する平衡揺動の研究を行い、時空間変数に対する拡散型のスケール極限としてマクロなエネルギー揺動の従う確率微分方程式を導出した。また、様々な確率モデルに対するSpectral gapの詳細な評価の新しい手法を得た。非勾配型の系に対するスケール極限の研究は、非平衡状態での統計物理の諸問題に対する理解が深まるに従い、ますます重要になっている。本年度は、特にこうした問題の中でも、次のような課題に取り組んだ。1.ハミルトン系の代表的なモデルである一次元調和振動子鎖に、確率的なノイズ項を加えたモデルに対し、拡散型スケール変換のもとでの平衡揺動問題を研究し、線形化熱方程式が導出されることを証明した。ハミルトン系で与えられたミクロモデルから、拡散型のスケール変換のもとでのスケール極限により熱方程式を導出することは、非平衡統計力学における最も重要な課題の一つであり、長年にわたり盛んに研究されてきた問題である。本研究は、ハミルトン系で与えられる調和振動子鎖のエネルギーの拡散が、熱方程式で与えられるということを、ノイズを加えるということにより、数学的に厳密に裏付けるものである。この結果は、本研究課題の「研究の目的」で目指した「非勾配型の系に対するスケール極限の手法の、ランダムなノイズのあるハミルトン系への拡張」そのものであり、本年度の研究目的を予定通り達することができた。さらに、本結果を論文としてまとめ、専門雑誌に投稿した。2.非勾配型の系に対するスケール極限のうち、特に非平衡問題を扱う流体力学極限や揺動問題の証明には、ミクロな系が平衡状態に近づくスピードを評価するために、ミクロな系の生成作用素に対するspectral gapの評価が必要不可欠である。同時に、このspectral gapの評価は、証明において常に困難が伴う部分でもある。そこで、本年度は、このspectral gapの問題に特化した研究も行い、binary collision processという一般的なモデルを導入し、それらの系に対して一般に適用できるspectral gapの評価手法を与えた。また、この手法が実際に様々なモデルに応用できることも示した。今年度は、最近統計物理の分野で大きな注目を集めているlocally confined hard spheresと呼ばれるモデルに対するスケール極限の研究を行った。このモデルの研究の最終的な目標は、完全に決定論的なハミルトン系モデルから、いったんメゾスコピックな確率モデルを導出し、さらにこの確率モデルに対する流体力学極限を示すことで、決定論的なエネルギーの拡散方程式を導出することである。これにより、決定論的なミクロモデルからスケール極限によりマクロな拡散方程式を導出する厳密な手法が初めて与えられることとなり、非常に重要なテーマである。このうち、前半部分のメゾスコピックな確率モデルの導出に関する結果がすでに複数の研究者らにより発表されていた。しかし、ここで得られる確率的なメゾスコピックモデルは非勾配型であり、さらに状態空間が連続であるなどハミルトン系に由来するモデル共通の難しさを抱えている。そのため、ここで得られた確率モデルからのスケール極限の導出は困難となっていた。今年度は、このlocally confined hardspheresから得られるエネルギーの確率モデルに対するスペクトルギャップの詳細な評価を与えることに成功した。これは、非勾配型モデルに対するスケール極限を証明する際には欠かせないステップであり、これに成功したことで、最終目標に大きく近づいた。さらに、ここで用いた方法は、より一般のエネルギーの拡散モデルに適用できることがわかった。これにより、locally confined hard spheresと並んで重要と考えられているweakly interactinggeodesic flows onmanifolds of negative curvatureと呼ばれるモデルに対するスケール極限に対しても、その重要なステップの証明を与えることができた。ランダムなノイズのあるハミルトン系に対するスケール極限の研究を本年度の最重要課題と考えていたが、その結果が得られ投稿まで至った。さらに、その研究に加え、spectral gapの研究において、非常に簡潔かつかなり高い一般性を持つ結果が得られたことは、当初の計画以上の進展であった。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は、今年度に得られたspectral gapの手法を応用し、あらたなハミルトン系に由来するミクロモデルに対するスケール極限の研究を行う計画である。より具体的には、locally confined hard spheresと呼ばれる近年盛んに研究されているモデルに対する流体力学極限を研究しようと考えている。さらに、研究計画に沿って、数値シミュレーションも行っていく。この目的は、非勾配型の系に対するスケール極限から得られる拡散係数の評価の手法を開発するためである。この拡散係数の評価手法の開発は、今後の本研究の主要な課題である。
コヒーレントX線と計算機実験の融合利用による生体分子ー水界面構造の解明

X線自由電子レーザー施設SACLAのコヒーレント回折イメージング実験により生体溶液中の生体物質構造を解析するための計算手法を開発した。開発した手法は、SACLA利用実験データの解析に生かされ、数百ナノメートルのサイズをもつ溶液内の"生きた"バクテリアのイメージングに貢献した。生体分子は、環境媒体である水中で機能する。生体分子の機能を物理化学的に理解するには、生体分子溶液の構造物性を解明することが不可欠である。本研究では、X線自由電子レーザー(XFEL)計画により今後の発展が期待されるX線回折顕微法と、高精度計算科学を組み合わせることにより、生体分子溶液の構造物性を高分解能で解明するための方法論を開発することを目的としている。平成22年度は、リボソーム溶液の構造解析を目指して次の成果を得た。溶液中のリボソームの低分解能(2nm)イメージングを実現するために必要な実験条件を、計算機実験を援用して見積もった。具体的には、リボソーム溶液の粗視化モデルを用いて、溶液中の複数粒子にXFELを照射したときの2次元回折画像のシミュレーションを行った。ここでは、検出の際のポアッソンノイズ等、実験で想定される影響をシミュレーションに含めた。次に、2次元回折像から実像を得るための手法であるShrink-wrap HIO法を利用し、回折画像の計算値から2次元実像の回復シミュレーションを実行した。その結果、リボソーム溶液の2次元イメージングが,100nmに集光したXFELによる溶液散乱実験で実現可能であることが明らかになった。つまり、XFELを利用することにより、30nmサイズのリボソームの溶液構造を2nmの分解能で解析することが可能となることを示した。結果は、現在投稿準備中である。本研究では、X線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAの利用実験により今後の発展が期待されるX線回折顕微法と、高精度計算科学を組み合わせることにより、生体分子溶液の構造物性を高分解能で解明するための方法論を開発することを目的としている。平成23年度は、次の成果を得た。1.回折強度における水-生体分子クロス項の寄与の解析生体粒子を含む液滴からの回折強度は、(i)生体単粒子からの回折強度、(ii)水からの回折強度、(出)水-生体分子クロス項に分類できる。リボソーム溶液モデルを用いた計算機実験により、(iii)水-生体分子クロス項の寄与を調べたところ、溶液の概形に対応する散乱領域、および、水分子の近距離相関に対応する散乱領域で顕著であることが分かった。解析結果を基に、現在、クロス項の寄与を実験データから見積もる手法を検討している。2.位相回復法の高速化X線回折実験では、立体構造を解析するために必要な位相が測定されない。そのため、X線回折顕微法では、フーリエ変換を繰り返し利用した計算科学的手法により、位相情報を回復する。3次元フーリエ変換では大きな実行メモリが必要になり、また、3次元フーリエ変換を効率的に分散並列処理するのは難しい。本研究では、フーリエ変換ではなく、位相回復法そのものを並列化することにより、計算ノードあたりの実行メモリを減らし、高速化する手法を開発した。本手法は、現在主流の分散並列型コンピュータに適したものである。生体物質は、環境媒体である水中で機能する。生体物質の機能を物理化学的に理解するためには、溶液中の構造とその物性を解明することが不可欠である。本研究は、X線自由電子レーザー(XFEL)施設SACLAの利用実験により今後の発展が期待されるコヒーレントX線回折イメージング法と、高精度計算科学を組み合わせることにより、溶液中における生体物質の構造と物性を解明するための解析手法を開発することを目的とした。平成24年度は、下記に示す通り、SACLA利用実験による溶液中おける生体物質の可視化という成果を得た。パルス状コヒーレントX線溶液散乱(PCXSS)実験により、北海道大学の西野吉則教授等が成し遂げた、溶液内の“生きた"マイクロバクテリアのイメージングに貢献した。具体的には、本研究課題により開発したモデル構造の回折像シミュレータを用いて、西野教授らがSACLAの利用実験で取得した回折パターンが、溶液中の約200ナノメートルの幅をもつマイクロバクテリア1個からのものであることを検証した。また、平成23年度までに本研究課題により開発した位相回復ソフトウェアを利用して、この回折像から約37nm分解能の2次元イメージングに成功した。以上のように、平成24年度は、本研究課題で開発したソフトウェアを用いて、当初の目標であったSACLA実験データの解析による溶液中生体物質の構造解析を達成することが出来た。一方で、現在一般に用いられている位相回復法は、実際の実験データに適応するには不完全であることも明らかになった。本課題終了後の重要な課題は、現実に即した位相回復法の高度化などにより、実験から得られるシグナルを最大限生かしたイメージング手法を開拓することである。

本研究の重要課題である、回折強度における水-生体分子クロス項の寄与を見積もる手法を開発するには至っていないが、計算機実験を利用した生体溶液の回折強度データ解析は概ね順調に進んでいる。また、本研究の副産物として、立体構造解析に必要な高速位相回復法を開発することに成功した。24年度が最終年度であるため、記入しない。実験データから回折強度における水-生体分子クロス項の寄与を見積もる手法を開発することが平成24年度の重要課題である。まず、水-生体分子クロス項を、空間スケール毎に分割して調べることで、その特徴を理解することに努める。その知見を基に、生体分子溶液の構造物性を解析する手法を提案したい。
高齢者タウオパチーの臨床分子病理学的研究-嗜銀顆粒性認知症

嗜銀顆粒性認知症は、高齢者ブレインバンク登録例で、軽度認知障害中ではアルツハイマー型変化より頻度が高く、認知症中でもアルツハイマー病、レビー小体型認知症の次に位置し、高齢者の認知障害の原因として重要であることが明かとなった。臨床症状としてはもの忘れが主体であるが、性格変化、易怒性等、前頭側頭型認知症様の症状を伴う。進行はアルツハイマー病に比べると緩徐である。髄液バイオマーカーでは、タウ、リン酸化タウは正常か極軽度高値をとる。アミロイドβ蛋白は正常から低下までさまざまな値をとる。神経病理学的に左右差が高頻度に認められ、MRI/CTで、側頭葉内側面前方の左右差をもった限局性萎縮を高頻度に呈するため、VSRAD値がMMSEに比し高値をとる。機能画像では、左右差を伴う側頭葉内側面前方の血流・代謝低下を剖検確定例全例で認めた。この臨床・画像・バイオマーカーの所見により単離した症例群を、^<11>C- PIB PETで確認したところ、沈着がないか、ADとは異なる沈着をとることが明らかとなり、臨床診断が可能であることを示すことができた背景:嗜銀顆粒性認知症(DG)は病理学的に提出された概念であり、アルツハイマー病(AD)との鑑別が困難であるとの報告はあるが、臨床診断基準は全く定まっていない。方法:高齢者ブレインバンクに登録されたDG例を、神経病理学的に検討し、ADとの差に注目し検討した。特に、萎縮中心として、DGでこれまで経験した側頭葉内側面前方の強調、及び、ADには少ない左右差を、嗜銀顆粒の出現ではほとんどの症例で認める経験を元に、病理学的に詳細に検討した。高齢者ブレインバンク嗜銀顆粒ステージIIIの症例を抽出し、嗜銀顆粒の扁桃核における密度の半定量評価と、外側膝状体に面した海馬レベルでの嗜銀顆粒の側方への伸展程度のふたつのパラメータを以って、いずれかがグレード1以上の左右差がある場合、左右差ありと判断した。形態・機能画像は、複数の検索者が複数の機会に盲目的に左右差を検討することで行った。結果: DGは、側頭葉内側面前方の萎縮が強調されるのに比し、外側並びにコンベクシティーは保たれること、進行のスピードが遅いことが明らかとなった。また、神経病理学的左右差は80%の症例で認められた。機能画像を撮像した全例で左右差を認め、病理学的左右差と一致していた。また、形態画像が撮像された例では8割に左右差が認められ、この左右差と病理学的左右差は全く一致していた。考察・結語: DGは、側頭葉内側面前方の限局性萎縮に、左右差を伴う特徴を加えることで、画像診断がかなりの特異度・感度でもって可能であることが示された。神経病理学的左右差と形態画像の左右差の頻度が一致し、機能画像では全例左右差を認めた点は、機能的異常が形態的異常に先行することを示唆する所見と考えた。今後さらに症例を増やし、検討していく予定である。この臨床・画像・バイオマーカーの所見により単離した症例群を、^<11>C- PIB PETで確認したところ、沈着がないか、ADとは異なる沈着をとることが明らかとなり、臨床診断が可能であることを示すことができた
酵母p21-rasタンパク質を結合する膜内タンパク質の同定と結合阻害剤の開発

ras遺伝子産物であるp21-rasタンパク質は細胞膜中に存在し,細胞分裂に深く関わっていることが示されている.しかし,p21-rasタンパク質が細胞膜中に局在化する事がその機能発現のために必須であることが大きな疑問点として残されている.本研究では,p21-rasタンパク質の翻訳後修飾部分を認識して特異的に結合すると考えられている細胞膜中のタンパク質を同定し,その機能を明らかにし,p21-rasタンパク質の細胞膜への結合を阻害するp21-rasタンパク質の翻訳後修飾部分を模倣した阻害剤を開発し,細胞分裂への影響を調べることにより,情報伝達においてp21-rasタンパク質が細胞膜に結合することが必要である理由と細胞膜中のp21-rasタンパク質結合タンパク質がp21-rasタンパク質の関与する情報伝達における役割を解明することを目的とした.従来,翻訳後修飾されたp21-rasタンパク質の発現は容易ではなく,p21-rasタンパク質の関与する情報伝達の研究の妨げとなってきた.筆者は,酵母RAS2遺伝子を酵母中で翻訳後修飾された形で過剰発現させる系を構築した.この発現されたp21-rasタンパク質の翻訳後修飾の過程をTOF-MASを用いて解析した.また,このタンパク質を用いて酵母細胞膜,および,酵母の細胞膜脂質からなる再構成膜へのp21-rasタンパク質の吸着の速度を調べ,p21-rasタンパク質の酵母細胞膜への濃度-吸着速度式が飽和曲線を描き,再構成膜の場合には飽和曲線を描かないことから細胞膜中にp21-rasタンパク質を吸着するタンパク質が存在することを示唆した.ras遺伝子産物であるp21-rasタンパク質は細胞膜中に存在し,細胞分裂に深く関わっていることが示されている.しかし,p21-rasタンパク質が細胞膜中に局在化する事がその機能発現のために必須であることが大きな疑問点として残されている.本研究では,p21-rasタンパク質の翻訳後修飾部分を認識して特異的に結合すると考えられている細胞膜中のタンパク質を同定し,その機能を明らかにし,p21-rasタンパク質の細胞膜への結合を阻害するp21-rasタンパク質の翻訳後修飾部分を模倣した阻害剤を開発し,細胞分裂への影響を調べることにより,情報伝達においてp21-rasタンパク質が細胞膜に結合することが必要である理由と細胞膜中のp21-rasタンパク質結合タンパク質がp21-rasタンパク質の関与する情報伝達における役割を解明することを目的とした.従来,翻訳後修飾されたp21-rasタンパク質の発現は容易ではなく,p21-rasタンパク質の関与する情報伝達の研究の妨げとなってきた.筆者は,酵母RAS2遺伝子を酵母中で翻訳後修飾された形で過剰発現させる系を構築した.この発現されたp21-rasタンパク質の翻訳後修飾の過程をTOF-MASを用いて解析した.また,このタンパク質を用いて酵母細胞膜,および,酵母の細胞膜脂質からなる再構成膜へのp21-rasタンパク質の吸着の速度を調べ,p21-rasタンパク質の酵母細胞膜への濃度-吸着速度式が飽和曲線を描き,再構成膜の場合には飽和曲線を描かないことから細胞膜中にp21-rasタンパク質を吸着するタンパク質が存在することを示唆した.
野外計測と風洞実験によるメガリップルの形態・動態特性と形成条件の解明

メガリップルの縦断面形が下に凸になる理由を探ろうと考え、飛砂量計を購入し風洞実験を試みた。ただし、購入したセンサーのプローブサイズを考慮すると、細中砂の飛砂カウントには適するものの、ポリプロピレン粒子の計測には不向きであった。そこで、細中砂のみを用いて植生マウンドを模擬し、その下流部への影響を調べるアナロジー実験に取り組んだ。飛砂量計を砂面から5cmおきの高度別に設置し、それらを縦断方向に移設することで、飛砂の鉛直・縦断分布を調べた。その結果、マウンドの成長に伴い、風下側で下に凸型の侵食形態が再現されるケースが確認された。このときマウンドを飛び越えた通常より高い位置に飛砂粒子が多数観測された。これらはより速い風速で加速された高エネルギーの飛砂粒子となる。これらが落下して砂面に衝突することで、下に凸の形状を作り出す要因であることが分かった。粗粒子が集積して形成されるメガリップルの凸部は、同様に飛砂粒子の軌跡をより高位に持ち上げ、高エネルギーの飛砂粒子を生じさせると考えられる。これらの飛砂が下流側の砂面に衝突することで、下に凸の侵食形が発達すると推察された。残りの課題は、メガリップルの峰部がほぼ高さを変えることなく、下流にゆっくりと移動するメカニズムを明らかにすることである。表面にはポリプロピレン粒子が確かに集積するが、その下位を形成する細中砂の挙動を観察により明らかにする必要がある。附属小学校長の併任となり、実験に使う時間が圧倒的に制限された。そのため試行錯誤の実験時間が少なく、浅い考察にとどまった。本年度から附属中学校長の併任となり、時間制約は致し方ない状況である。明らかに遅れだした研究計画を、仮にゆっくりであっても、着実に一歩一歩進めていきたい。メガリップルの形成に関する最終確認実験を実施し、デジカメによる記録から、メガリップル成長過程をデータ化し、論文にまとめる。鳥取砂丘とアメリカ合衆国コロラド州のGreat Sand Dunesにおいて,メガリップルの形態特性を比較し,風洞実験においてメガリップルの形成条件を探る予備実験を実施した。その結果,2013年2015年まで毎年春先に見られた鳥取砂丘のメガリップルは,2016年度観察されなかった。これは隣接する火山灰露出地の拡大により,火山灰団粒子の砂地への供給量が増えすぎたためであることを示唆した。そこで,粗粒粒子の多寡を制御した一連の予備風洞実験を実施し,メガリップルの形成に適した粗粒粒子の量を把握した。つまり砂面に分布する粗粒粒子が少なすぎると,粗粒粒子が砂に埋もれ,その効果を発揮せずメガリップルの形成には至らなかった。逆に粗粒粒子の量が多すぎると,粗粒粒子が全面を覆い,砂移動が不活発となり,メガリップルが形成されなかった。粗粒粒子量が適度にあったとき,粒径の混合効果により粗粒粒子が活発に動き,jamを形成してそれらが合体を続け,粗粒粒子の通過区間の砂面が侵食されて下に凸型のメガリップルへと成長した。Great Sand Dunesにおいては,3測線でメガリップルの断面形態を観察し,径1mm前後の粗い粒子が集積した箇所が峰となること,下に凸の形態を有することを確認した。それらの断面形態を巻き尺とコンベックスで計測し,波長と波高の関係を明らかにした。またメガリップルの現地動態観測に取り組んでいる研究者の情報を入手した。今後コンタクトを取り,風洞実験結果との比較を行う予定である。2013年2015年まで毎年春先に鳥取砂丘で観察されたメガリップルの断面形態を2016年度に計測しようと計画していたが,2016年度にはメガリップルが出現しなかった。そのため鳥取砂丘におけるメガリップルの断面計測は断念した。しかし,2016年にメガリップルが出現しなかった理由を考えた結果,粗粒粒子の供給過多が原因であると推察した。つまりメガリップルの形成には,粗粒粒子の多寡が鍵を握る可能性が高い。そこで風洞実験でこの点に焦点をあてた予備実験を実施した。その結果,適度の粗粒粒子量の時,メガリップルを模擬できた。Great Sand Dunesの現地調査は他の経費で実施出来た。メガリップルの形成域をいくつも確認でき,粗粒粒子との関係を観察した。また断面形態の計測も実施できた。2017年度には,北海道天塩地域に発達する横列砂丘群とパラボリック砂丘群の観察・調査に出かけた。これらの砂丘の一部においてメガリップルが見られないかとのねらいであった。砂丘形態や規模の南北変化を,遠別川や天塩川からの土砂供給を視野に入れながらの観察となった。砂丘形態の系統的変化の観点では興味深かった。しかし内陸側に位置するパラボリック砂丘においても植生被覆が激しく,activeな砂丘は海岸沿いの砂丘に限られた。そこでは残念ながら,メガリップルを見つけることができなかった。完成させていた風洞実験装置が台風の強風被害で一部破損し,再度組み立て直す必要が生じた。このため,メガリップルの形成実験の再計測にまでは至っていない。人に見せるために,これまで幾度もメガリップルの形成デモ実験はしてきており,形成条件も捉えられているので,最後の計測を残すのみの段階である。

2016年に訪れたGreat Sand Duneにおけるメガリップルの形態測定の結果は,侵食区域でメガリップルが作られる事を支持するものであった。風による侵食に伴う飛砂量の増減がメガルップルの縦断面形態によく現われている事が明らかになった。次回のGreat Sand Dunes訪問時には,細礫の分布域とメガリップルの形成領域の関係性を実測に基づき明らかにする。そのため,2017年度にGNSS測量機器を一部購入し,その準備に取りかかっている。メガリップルの形成に関する論文執筆が計画より遅れている。台風により風洞が破損し,再確認の計測実験が実施出来ていないためである。2017年度より鳥取大学附属小学校の校長職兼務となり,時間の制約がきびしくなったため。また台風の強風被害で風洞実験装置の一部に破損が生じたため.メガリップルの縦断面形が下に凸になる理由を探ろうと考え、飛砂量計を購入し風洞実験を試みた。ただし、購入したセンサーのプローブサイズを考慮すると、細中砂の飛砂カウントには適するものの、ポリプロピレン粒子の計測には不向きであった。そこで、細中砂のみを用いて植生マウンドを模擬し、その下流部への影響を調べるアナロジー実験に取り組んだ。飛砂量計を砂面から5cmおきの高度別に設置し、それらを縦断方向に移設することで、飛砂の鉛直・縦断分布を調べた。その結果、マウンドの成長に伴い、風下側で下に凸型の侵食形態が再現されるケースが確認された。このときマウンドを飛び越えた通常より高い位置に飛砂粒子が多数観測された。これらはより速い風速で加速された高エネルギーの飛砂粒子となる。これらが落下して砂面に衝突することで、下に凸の形状を作り出す要因であることが分かった。粗粒子が集積して形成されるメガリップルの凸部は、同様に飛砂粒子の軌跡をより高位に持ち上げ、高エネルギーの飛砂粒子を生じさせると考えられる。これらの飛砂が下流側の砂面に衝突することで、下に凸の侵食形が発達すると推察された。残りの課題は、メガリップルの峰部がほぼ高さを変えることなく、下流にゆっくりと移動するメカニズムを明らかにすることである。表面にはポリプロピレン粒子が確かに集積するが、その下位を形成する細中砂の挙動を観察により明らかにする必要がある。附属小学校長の併任となり、実験に使う時間が圧倒的に制限された。そのため試行錯誤の実験時間が少なく、浅い考察にとどまった。予備実験で模擬できたメガリップルの動態特性や形成過程を,本実験で計測・記録し,その解析を進める。Great Sand Dunesでメガリップルの動態観測を実施している研究者とコンタクトを取り,実験結果との比較検討を試みる。2018年度には,風洞実験場の風洞装置の配置を変え,強風被害を緩和する方策をとる。そのうえで,再度目的の風洞実験装置をくみあげ,メガリップルの計測実験と,saltationとreptation粒子の軌道に関する風洞実験を試みる。その後,論文を執筆する。本年度から附属中学校長の併任となり、時間制約は致し方ない状況である。明らかに遅れだした研究計画を、仮にゆっくりであっても、着実に一歩一歩進めていきたい。メガリップルの形成に関する最終確認実験を実施し、デジカメによる記録から、メガリップル成長過程をデータ化し、論文にまとめる。アメリカ合衆国の砂丘地への調査旅費が他の研究費より捻出可能となったため,本年度の旅費が大幅に減額した。
身体活動に対する受動トルクの貢献に関する研究

受動トルクは筋力が大きい者ほど大きく,その分,受動トルクが身体活動に貢献する程度も大きいと推察される.受動トルクは筋力が大きい者ほど大きいのは,筋内の結合組織量が受動トルクの大きさに影響するからである.一方,筋力が大きい者は腱障害を防ぐために,筋力に応じた腱の強さを持つ必要があるが,実際においてどのようになっているかは明らかでない.そこで,左右足に異なるトレーニング効果をもたらすと考えられる剣道のトレーニングを長期間行ってきた剣道選手を対象に,左右足のアキレス腱の力学的特性および筋力にどのような差異が生じるかを明らかにすることを目的として研究を行った.その結果,ヤング率,スティフネス,最大随意等尺性足底屈時のアキレス腱張力とも,左右足の間に有意な差は認められないことから,長期間の剣道のトレーニングは,左右足のアキレス腱の硬さおよび筋力に差異を生じさせないことが示唆された.一方,アキレス腱横断面積は右足が左足より有意に大きかったことから,長期間の剣道のトレーニングは,強い負荷が課される左足アキレス腱の横断面積を小さくすることに関連する可能性が示唆されたが,そのメカニズムは不明である、Benjamin(2002)は,腱の横断面積が大きいと,腱の障害が起きやすい,あるいは,受傷後の回復が遅れることを推察している.剣道において強い負荷が課される左足アキレス腱は,横断面積を小さくすることで,アキレス腱障害の可能性を小さくする,あるいは,受傷後の回復を早めようとしているのかもしれない.健常な成人男性を対象として、超音波法(Muraoka et al., 2001)を用いて、立位及び歩行において足関節受動トルクが果たす役割を調べた結果、足関節受動トルクは、立位及び歩行における総足関節トルクに対してそれそれ17、6%の貢献をしていることが示された。また、これらの貢献度は、筋収縮に伴う筋線維短縮によりそれぞれ3、2%減少していることが明らかとなった。これらのことから、受動トルクは身体活動に対して無視できない貢献をし、その貢献度の推定においては、筋収縮に伴う筋線維短縮の影響を考慮する必要があることが示唆された。下腿三頭筋腱組織の受動的力学特性を定量する際、足関節角度変化.筋腱複合体長関係を定量する事が必要となる。この関係を簡便に得る方法として、皮膚の形状変化をビデオカメラにより撮影し、画像分析するという方法を考案し、その妥当性を検討した。その結果、皮膚の形状変化の情報から得られた足関節角度変化.筋腱複合体長関係は、MRI(磁気共鳴画像)で得られた結果と類似し、また、先行研究との比較においても、妥当な値を示した。このことから、皮膚の形状変化の情報から、足関節角度変化.筋腱複合体長関係を得ることが出来る可能性が示唆された。腱の質的、量的な特性に影響する因子を検討するため、健常な成人男性・女性を対象に、アキレス腱横断面積、最大伸張量を超音波診断装置を用いて測定した。その結果、腱の特性に大きく影響する因子は筋力であることが示された。筋力の増加と共にアキレス腱横断面積は増大するが、アキレス腱組織の特性は変化しないことが明らかとなった。また、筋力が一定以上になると、筋力の増加に対するアキレス腱断面積増加の程度が大きくなり、アキレス腱にかかるストレスが一定値以下に保たれることが明らかとなった。これらの結果は、腱の障害を防ぐための腱の適応を表している可能性が考えられた。高齢者におけるアキレス腱の力学特性に影響する因子を検討するため、平均年齢68歳の男性・女性合計8名を対象に、アキレス腱横断面積、最大伸張量を超音波診断装置を用いて測定した。その結果、若年成人における昨年度の研究結果と同様,腱の特性に大きく影響する因子は筋力である可能性が示唆された。また,腱の硬さと腱の横断面積の間に有意な相関関係が認められない事から,硬い腱は,必ずしも太いのではなく,断面積あたりの硬さが硬い(ヤング率が大きい)と考えられた.筋力の増加と共にアキレス腱の硬度が増すという結果は、腱の障害を防ぐための腱の適応を表している可能性が考えられ,また,硬い腱が必ずしも太くないのは,断裂した場合の回復に有利となると考えられ,よって,生理学的に見て妥当な結果であると推察される.筋線維による受動トルクは,筋の活動状態により変化するため,身体活動における受動トルクの貢献を定量するためには,筋線維の長さ-受動張力関係を定量する必要がある.若年男性を対象とし,足関節を一定に保ち,膝関節のみを動かしたときの腓腹筋(足・膝関節の二関節筋)の筋線維長と,足関節トルクを測定する事により,筋線維の長さ-受動張力関係の定量を試みた.その結果,腓腹筋は膝関節42±11度,足関節10度のときにslack長(48±8mm;受動張力が0となる長さ)をとることが示された.また,slack長より長いときには,腓腹筋筋線維長-受動関節トルク関係は直線でよく近似でき(R^2=0.850.96),その傾きは0.11±0.04Nm/mmであることが示された.この結果は,筋骨格モデルにおける重要なパラメータの一つと言える.受動トルクは筋力が大きい者ほど大きく,その分,受動トルクが身体活動に貢献する程度も大きいと推察される.受動トルクは筋力が大きい者ほど大きいのは,筋内の結合組織量が受動トルクの大きさに影響するからである.

一方,筋力が大きい者は腱障害を防ぐために,筋力に応じた腱の強さを持つ必要があるが,実際においてどのようになっているかは明らかでない.そこで,左右足に異なるトレーニング効果をもたらすと考えられる剣道のトレーニングを長期間行ってきた剣道選手を対象に,左右足のアキレス腱の力学的特性および筋力にどのような差異が生じるかを明らかにすることを目的として研究を行った.その結果,ヤング率,スティフネス,最大随意等尺性足底屈時のアキレス腱張力とも,左右足の間に有意な差は認められないことから,長期間の剣道のトレーニングは,左右足のアキレス腱の硬さおよび筋力に差異を生じさせないことが示唆された.一方,アキレス腱横断面積は右足が左足より有意に大きかったことから,長期間の剣道のトレーニングは,強い負荷が課される左足アキレス腱の横断面積を小さくすることに関連する可能性が示唆されたが,そのメカニズムは不明である、Benjamin(2002)は,腱の横断面積が大きいと,腱の障害が起きやすい,あるいは,受傷後の回復が遅れることを推察している.剣道において強い負荷が課される左足アキレス腱は,横断面積を小さくすることで,アキレス腱障害の可能性を小さくする,あるいは,受傷後の回復を早めようとしているのかもしれない.