hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
百日咳毒素投与下での自律神経受容体刺激に対する犬心筋に電気生理学的反応

百日咳全菌体ワクチン接種により、ショック死をひきおこすことがある。その機序には百日咳毒素によって起こされる自律神経調節の異常が関与するといわれている。百日咳毒素の心筋に対する作用は、生化学的にはカテユ-ルアミンに対する反応性の増大と、アセチルコリンに対する反応性の低下として現われる。本研究は百日咳毒素投与下で、心筋のカテユ-ルアミンとアセチルコリンに対する反応性の年齢的変化を電気生理学的な立場から明らかにすることが目的である。成犬においては、百日咳毒素投与群では非投与群に比し、イソプロテレノ-ル投与による基礎心拍数の増加が亢進し、アセチルコリン投与による基礎心拍数の減少は軽度であった。新生仔犬では百日咳毒素投与群と非投与群で、β受容体刺激に対する反応性に差はなく、成犬に比し反応性日低下していた。イソプロテレノ-ルの様に神経末端で吸収が起こらない薬剤によるβ受容体刺激に対する反応性が新生仔犬では低下している事実は、β受容体あるいはGTP結合蛋白に年齢的差異があることをうかがわせる。isoproterenol負荷による犬Purkinje fiberの自動能の変化を百日咳毒素投与下と非投与下で比較し、百日咳毒素の基質である41K蛋白のADPリボシル化が、β受容体刺激による自動能の変化にいかなる影響があるかを検討した。体重15ー30kgの雑種成犬をペントバルビタールで麻酔し、摘出心より採取したPurkinje fiberを、95%O_2+5%CO_2で飽和したpH7.3のTyrode液で灌流した。百日咳毒素投与群は0.5μg/mlの百日咳毒素に24時間暴露して実験に供した。百日咳毒素非投与群も24時間Tyrode液中に保存した。灌流槽を37.3±3°Cに保ち3MKClで満たした微小ガラス電極を用い、高入力インピーダンス及び電気容量中和回路を持った増幅器にAgーAgClを介して連結し、心筋活動電位をオシロスコープで観察した。isoproterenolを10^<-9>10^<-4>Mまで段階的に増量し細胞膜電位及び自動能を測定した。百日咳毒素非投与群ではisoproterenol低濃度負荷で陰性変時作用、高濃度負荷で陽性変時作用を呈する2相性反応が3例/8例に認められ、全濃度域にわたって陽性変時作用を呈する1相性反応が3例/8例に認められた。ほとんど自動能に変化の悪かったものが2例/8例に認められた。百日咳毒素投与群では2相性反応が2例/8例に認められ、1相性反応が6例/8例に認められた。低濃度域での陰性変時作用は膜電位の過分極にともなって認められた。今回の検討では、isoproterenol負荷で1相性の陽性変時作用を呈するfiberは、百日咳毒素投与群に多く認められた。41K蛋白がADPリボシル化して不活化されると1相性の陽性変時作用が主な反応様式となり、41K蛋白が機能していると1相性反応の割合が減少するものと思われる。すなわち百日咳毒素投与群ではβ受容体刺激に対する反応が増強してあらわれるものと思われる。[方法]体重1020Kgの雑種成犬と生後114日の新生仔犬をPentobarbitalで麻酔し、摘出心より採取したPurkinje fiberを95%O_2+5%CO_2で飽和した。pH7.3のTyrode液で灌流した。IAP投与群は、0.5Mg/mlのIAPに24時間暴露して実験に供した。IAP非投与群も24時間Tyrode液中に保存した。灌流槽を37.3±0.3°Cに保ち3M KClで満たした微小ガラス電極を用い、高入力インピ-ダンス及び電気容量中和回路を持った増幅器にAg-AgClを介して連結し、心筋活動電位をオシロスコ-プで観察した。ISOを10^<-9>10^<-4>Mまで段階的に増量し細胞膜電位及び拍動数を測定し、成犬と新生仔犬の自動能を比較した。[成績]成犬のIAP非投与群12例ではISO 10^<-5>M以上の濃度で有意な陽性変時作用を認め、IAP投与群11例では10^<-7>

Mから有意な陽性変時作用を呈し、IAP投与群ではβ受容体刺激に対する反応性が亢進していた。新生仔犬のIAP非投与群8例及び投与群5例で、ISO負荷により拍動数の増加傾向を認めたが統計的に有意な増加ではなかった。IAP非投与群では5/8例に一相性の陽性変時作用を認め、3/8例では自動能が変化しなかった。IAP投与群では3/5例に一相性の陽性変時作用を認め、2/5例は自動能が変化しなかった。新生仔犬ではIAP投与群と非投与群でβ受容体刺激に対する反応性に差はなく、成犬に比し反応性は低下していた。[考察]新生仔犬では交感神経分布が未完成と言われており、β受容体あるいはguanosine triphosphate結合蛋白に年齢的差異があるため、成犬と新生仔犬でISO負荷による陽性変時作用に差が生じたものと思われる。百日咳全菌体ワクチン接種により、ショック死を起こすことがある。その機序には百日咳毒素によって起こされる自律神経調節の異常が関与するといわれている。百日咳毒素の心筋細胞に対する作用は、生化学的にはカテユ-ルアミンに対する反応性の増大と、アセチルユリンに対する反応性の低下として現れる。本研究は百日咳毒素投与下で、心筋の力テコ-ルアミンとアセチルユリンに対する反応性の年齢的変化を電気生理学的な立場から明らかにすることが目的である。成犬においては、百日咳毒素投与群では非投与群に比し、イソプロテレノ-ル投与による基礎心拍数の増加が充進し、アセチルユリン投与による基礎心拍数の減少は軽度であった。新生仔犬では百日咳毒素投与群と非投与群で、β受容体刺数に対する反応性に差はなく、成犬に比し反応性は低下していた。新生仔犬では交感神経分布が未完成と言われており、β受容体あるいはGTP結合蛋白に年齢的差異があるため、成犬と新生仔犬とでイソプロテレノ-ル負荷による陽性変時作用に差が生じたものと思われる。
Tissue engineeringを利用した人工血管作成に関する研究

自己の血管壁細胞と人工血管を用いたハイブリッド人工血管を開発し、小口径人工血管が良好な開存率を得るためには、移殖後早期に、生体血管と同様の血管壁を人工血管内に構築することが必要であることを明らかとした。そこで、血管壁の再構築過程が終了した時点において、人工血管が生体に吸収されると、その後は生体の成長に伴い血管径の自己制御が期待されると考え、成長する新しい小児用人工血管の開発に着手した。細胞外マトリックスにFibrin Glue(F群)およびType 1コラーゲン(C群)を用い、線維芽細胞層/平滑筋細胞層/内皮細胞層を、生体吸収性ポリマー(内径5mm、長さ5cm、poly-L-lactideとpoly-caprolactoneの共重合体を基質としたpoly-glycolic acid)上に階層構築した2種類の人工血管を作成し、細胞を採取した同一大の総頚動脈(n=16)に移殖した(28週間)。また、F群と同じ作成方法で内径10mmのグラフトを下大静脈に移植した。(n=8)移植後2週間で、人工血管の基質部分はほぼ吸収されていた。C群の移植後8週間では、層状のエラスチンの構築を認めた。中膜の壁圧は、F群、C群それぞれ2週間で719±65μm、329±100μm、8週間で109±39μm、100±28μmであった。グラフト内径はF群、C群それぞれ2週間で6.4±25cm、6.0±0.6cm、8週間で6.7±0.3cm、6.5±0.8cmへと拡大傾向を認めた。下大静脈に移植した群は、全例2週間で血栓による不完全閉塞を認め、8週間では完全に閉塞していた。自己血管壁細胞を用いた生体吸収性ハイブリッド型人工血管は、移植後早期に生体血管と同様の構築および制御過程を辿り、遠隔中期においても過度の拡張を防ぐことができる可能性があることが示唆された。生体吸収性材料(polyglycolic acid(PLA)とaprolactone-L-lactide(PGA)の共重合体)でできた内径5mm、長さ7cmの人工血管を作製した。これまでの研究で、これのみでは動脈圧に耐えられないことが判明したため、それをさらに同様の素材で作製したメッシュで補強し、動脈圧に耐えられるように加工した。成犬の外頚静脈より、0.1%コラゲナーゼを用いて酵素法で内皮細胞を採取した。内皮細胞の培養液として20%ウシ胎児血清加M199に塩基性線維芽細胞増殖因子25ng/mlを加えたものを用いた。平滑筋細胞及び線維芽細胞は同一静脈の中膜、外膜よりそれぞれ外植片法により採取し培養した。各細胞ともに実験には継代数24の細胞を使用した。人工細胞外マトリックス(フィブリングルー)に、それぞれ線維芽細胞(3x10^6個),平滑筋細胞(3x10^6個)を混入したものを用いて人工血管内腔面を階層性に被覆した。最後に内腔面に回転法により内皮細胞(6x10^5個)を播種した。グラフトを3日間追加培養した後、血管壁細胞を採取した同一犬の総頚動脈に端々連続縫合で移植した。移植期間を2週間、4週間、12週間、24週間および48週間と設定し、現在移植中である。

移植前の階層構造の確認は、光顕および透過電顕で行い、また、走査電顕で内腔面が内皮細胞にて完全被覆されていることを確認した。今後グラフトの吸収過程、および血管壁細胞の挙動を光顕および電顕で評価していく予定である。本年度の実験は、動物実験を中心に行った。雑種成犬の外頚静脈より酵素法で血管内皮細胞を採取し、外植片法により平滑筋細胞、線維芽細胞を採取した。約2週間の継代培養を行った後に、それらをFibrin Glueと混合し、線維芽細胞層、平滑筋細胞層、内皮細胞層の順に階層性に、生体吸収性人工血管上に構築し、細胞を採取した犬の内頚動脈に移植した。まず移植後2週間の時点においてsacrificeし、組織学的に検討した。その組織学所見では、走査電顕で血管内腔面を観察したところ、完全に内皮細胞で覆われていた。また、それらの内皮細胞はすべて血流方向への配向を呈していた。中膜においては、平滑筋細胞、線維芽細胞が盛んに細胞分裂を繰り返し、新生中膜を形成していた。また、一部においては人工血管の外側より、自己の線維芽細胞や平滑筋細胞が、人工血管を通して侵入してきている所見も認められた。人工血管に動脈瘤様の所見は認めなかった。光顕では人工血管の組織はまだ残存していた。しかし、組織を摘出する際、加圧固定を行ったところ、亀裂が入った部分があり、人工血管が吸収され、強度が弱くなった部位もあると考えられ、人工血管を多孔質のスポンジ状にメッシュを追加することにより強度を強くし実験を再開した。また、人工血管周囲に生体吸収性線維と非吸収性線維の組み合わせで作成されたメッシュを巻き、過度の拡張を抑制する工夫も試みながら、現在、さらに長期間移植モデルを作成中である。また、下大静脈にも移植を行っており、低圧系におけるグラフトの状態についても検討中である。自己の血管壁細胞を、生体吸収性ポリマーで作成された人工血管上に移植し、生体内における血管壁再構築過程を検討した。人工細胞外マトリックスにFibrin Glue(F群)およびType Iコラーゲン(C群)を用い、線維芽細胞層/平滑筋細胞層/内皮細胞層を、生体吸収性ポリマー(内径5mm、長さ5cm、poly-L-lactideとpoly-caprolactoneの共重合体を基質としたpoly-glycolic acid)上に階層構築した2種類の人工血管を作成し、細胞を採取した同一犬の総頚動脈(n=16)に移植した(28週間)。また、F群と同じ作成方法で内径10mmのグラフトを下大静脈に移植した。(n=8)移植後2週間で、両群ともに中膜に多数の細胞浸潤を認め、人工血管の基質部分はほぼ吸収されていた。C群の移植後8週間では、層状のエラスチンの構築を認めた。中膜の壁圧は、F群、C群それぞれ2週間で719±65μm、329±100μm、8週間で109±39μm、100±28μmであった。走査電顕所見では、移植後2週間で両群ともに内腔面は内皮細胞で完全に被覆されていた。グラフト内径はF群、C群それぞれ2週間で6.4±25cm、6.0±0.6cm、8週間で6.7±0.3cm、6.5±0.8cmへと若干の拡大傾向を認めた。下大静脈に移植した群は、全例2週間で血栓による不完全閉塞を認め、8週間では完全に閉塞していた。自己血管壁細胞を用いた生体吸収性ハイブリッド型人工血管は、移植後早期に生体血管と同様の構築および制御過程を辿り、遠隔中期においても過度の拡張を防ぐことができる可能性があることが示唆された。細胞外マトリックスにはFibrin Glueよりコラーゲンを用いた方が、血管壁の再構築がより促進されると考えられた。静脈に応用するには、作成方法にさらに検討が必要と考えられた。
自然災害の経済被害に関する時間・空間連続性を考慮したシミュレーション手法の研究

交通ネットワークを明示的に導入することで,地域間の空間的連続性をより現実に即してモデル表現することが可能となる.また地域間交易の代替の弾力性を,本来の地域間の財の異質性を表現するパラメータとして適切にモデルに組み込むことができる.以上の理由から,2018年度は,ノードとリンク,交通容量等を設定した交通ネットワークモデルを構築した.利用者均衡配分に基づく交通均衡モデルと多地域応用一般均衡モデルと統合し,3地域2部門の輸送費用を内生化した多地域応用一般均衡モデルである.2020年度は47都道府県間表を用いて政策評価に利用できるモデルを構築する.災害のハザード(地震であれば地震動や津波浸水等)は場所によって大きく異なる.こうしたハザードに曝される産業構成も地域によって異なる.空間的な連続性という意味では,詳細な地域区分が望ましい.愛知県を対象に市区町村間産業連関表を開発した.市区町村の産業別生産額は経済センサスに基づき初期値を設定し,交易データについてはグラビティモデルに基づき初期値を推定した.その後に制約付き誤差最小化問題を解くことにより産業連関表の整合性を確保した.時間的連続性の点では,不均衡要素の導入を検討した.具体的にはモデルのいくつかのクロージャールールの比較検討を行った.災害の経済影響評価において標準的な一般均衡モデルを適用すべきかあるいは不均衡モデルを採用すべきか議論がある.2020年度は部分的な不均衡要素をモデルに導入する予定である.空間的な連続性を確保する意味において,利用者均衡配分原理に基づく交通均衡モデルと応用一般均衡モデルの経済均衡モデルの両者を接合した統合評価モデルの構築を行った.ただし伝統的なIceberg型輸送費用モデルの多地域応用一般均衡モデルへの導入には問題があることが分かり,モデル構造の変更を行った.そのため当初の予定よりモデル構築に時間を要した.なお上記直面した問題については学会発表および論文執筆・査読付き論文投稿を行っている.利用者均衡配分原理に基づく交通均衡モデルと応用一般均衡モデルの経済均衡モデルの統合研究を進め,多地域応用一般均衡モデルにおける空間的連続性をより現実に即した形で表現する研究を進める.また災害の経済影響評価は物理的時間の意味において各期が短い方が望ましい.短期の減少を説明する上で合理的なモデルのクロージャールールについて継続して検討する.また市区町村間レベルでの地域間産業連関表についても引き続き研究を進める.災害の経済被害を評価する上で地域分類の詳細化は重要課題である.その理由は,災害のハザードと暴露対象(エキスポージャ)は地域特性が非常に強いからである.一方で,日本ではサーベイ法に基づく地域間産業連関表は今後新しく公表される見通しはない.平成29年度の研究では,産業連関を通じた地域や産業の空間的連続性を明示的に考慮するため,2つの取り組みを実施した.1つは市区町村単位の地域間産業連関表の独自の推定である.もう1つは応用一般均衡モデルに交通の要素を明示的に組み込むことである.すなわちネットワークデータや交通シミュレーションを経済モデルと結合することを検討した.これらは本年度は基礎的検討にとどまっているが,平成30年度以降も研究を継続する.これにより空間的連続性を明示的に考慮することが可能となる.時間的連続性については今後,経済学における不均衡モデル等を検討し,災害時の経済状態を適切に表現できるモデルの研究を進める.本年度は,市区町村単位の地域間産業連関表のデータ収集や,交通シミュレーションモデルと応用一般均衡モデルの接合を並行的に進めたが,既存研究のサーベイ等の基礎的検討は十分に行う事ができた.交通ネットワークを明示的に導入することで,地域間の空間的連続性をより現実に即してモデル表現することが可能となる.また地域間交易の代替の弾力性を,本来の地域間の財の異質性を表現するパラメータとして適切にモデルに組み込むことができる.以上の理由から,2018年度は,ノードとリンク,交通容量等を設定した交通ネットワークモデルを構築した.利用者均衡配分に基づく交通均衡モデルと多地域応用一般均衡モデルと統合し,3地域2部門の輸送費用を内生化した多地域応用一般均衡モデルである.2020年度は47都道府県間表を用いて政策評価に利用できるモデルを構築する.災害のハザード(地震であれば地震動や津波浸水等)は場所によって大きく異なる.こうしたハザードに曝される産業構成も地域によって異なる.空間的な連続性という意味では,詳細な地域区分が望ましい.愛知県を対象に市区町村間産業連関表を開発した.市区町村の産業別生産額は経済センサスに基づき初期値を設定し,交易データについてはグラビティモデルに基づき初期値を推定した.その後に制約付き誤差最小化問題を解くことにより産業連関表の整合性を確保した.時間的連続性の点では,不均衡要素の導入を検討した.具体的にはモデルのいくつかのクロージャールールの比較検討を行った.災害の経済影響評価において標準的な一般均衡モデルを適用すべきかあるいは不均衡モデルを採用すべきか議論がある.2020年度は部分的な不均衡要素をモデルに導入する予定である.空間的な連続性を確保する意味において,利用者均衡配分原理に基づく交通均衡モデルと応用一般均衡モデルの経済均衡モデルの両者を接合した統合評価モデルの構築を行った.ただし伝統的なIceberg型輸送費用モデルの多地域応用一般均衡モデルへの導入には問題があることが分かり,モデル構造の変更を行った.そのため当初の予定よりモデル構築に時間を要した.なお上記直面した問題については学会発表および論文執筆・査読付き論文投稿を行っている.既存研究のサーベイから,平成30年度からは実際のモデル開発に取り掛かる.そのためにも市区町村レベルの地域間

産業連関表の開発と,交通シミュレーションモデルと応用一般均衡モデルの結合に具体的に着手する.また時間的連続性について,経済学の不均衡モデル等の検討や,災害時における一般均衡の可能性の検討等を進めなければならない.利用者均衡配分原理に基づく交通均衡モデルと応用一般均衡モデルの経済均衡モデルの統合研究を進め,多地域応用一般均衡モデルにおける空間的連続性をより現実に即した形で表現する研究を進める.また災害の経済影響評価は物理的時間の意味において各期が短い方が望ましい.短期の減少を説明する上で合理的なモデルのクロージャールールについて継続して検討する.また市区町村間レベルでの地域間産業連関表についても引き続き研究を進める.データ整備等の役務ついて,整備方針の更なる検討が必要であり,平成29年度の執行を見送った.平成30年度には執行予定である.ハードウェア設備について研究を進める中で必ずしも購入する必要が無いと判断されたもの等があったため.今後は成果の論文化に向けて,研究協力者と積極的に打合せを行うため,国内出張回数が増える見込みである.
精神分裂病者の脳障害部位の同定と,その患者の精神症状との相関に関する研究

研究者はポジトロンCTの方法で,薬物未投与の慢性期精神分裂病者の脳各部位を検索し,慢性期精神分裂病者では,人類で初めて出現してくる連合野に活性の低下が見られる事を認めた.また薬物未投与の急性期精神分裂病者の脳部位では視床,帯状回の脳血流量,脳酸素消費量の増加が見られることを見だしている.精神分裂病者が示す精神症状との関連では,能動性の減退,環状鈍麻などの陰性症状を呈する慢性期精神分裂病者では,両側前頭葉の脳血流量,脳酸素消費量,グルタミン酸プールが減少していた.また妄想を示す満席期の精神分裂病者では右頭頂葉,または左側頭葉の脳血流量,脳酸素消費量,グルタミン酸プールが減少していた.一方,幻聴,興奮など陽性症状を示す急性期精神分裂病者では,症例によって脳の過活動部位は様々であるが,視床,帯状回と言った脳部位は,共通して脳血流量脳酸素消費量が増加していた.一方1H-MRS (Magnetic Resonance Spectroscopy)を用い,薬物未投与の精神分裂病者の脳代謝についても研究を行なった.精神分裂病者では,NAA (N-acetylaspartate)が,前頭葉白質で男女共に低下(p<0.0001)している事を認めた.その減少の割合いは-22%であった.またcholineも前頭葉白質で男女共に減少(p<0<0.001)していた.その減少の割合いはNAAとほぼ同様-25%であった.NAAは人脳ではグルタミン酸,グルタミンに次いで多くあるアミノ酸であり,最近ミエリン生成に関係していると考えられている.Choloneのピークは,その真の構成物質はphasphatidylcholine,sphingomyelineと考えられ,膜構成成分である.NAAとcholineが精神分裂病者の前頭葉白質で相関(r=0.781,p<0.003)を持って減少する事実は,精神分裂病ではニューロンネットワークの障害が生じている事を示唆している.研究者はポジトロンCTの方法で,薬物未投与の慢性期精神分裂病者の脳各部位を検索し,慢性期精神分裂病者では,人類で初めて出現してくる連合野に活性の低下が見られる事を認めた.また薬物未投与の急性期精神分裂病者の脳部位では視床,帯状回の脳血流量,脳酸素消費量の増加が見られることを見だしている.精神分裂病者が示す精神症状との関連では,能動性の減退,環状鈍麻などの陰性症状を呈する慢性期精神分裂病者では,両側前頭葉の脳血流量,脳酸素消費量,グルタミン酸プールが減少していた.また妄想を示す満席期の精神分裂病者では右頭頂葉,または左側頭葉の脳血流量,脳酸素消費量,グルタミン酸プールが減少していた.一方,幻聴,興奮など陽性症状を示す急性期精神分裂病者では,症例によって脳の過活動部位は様々であるが,視床,帯状回と言った脳部位は,共通して脳血流量脳酸素消費量が増加していた.一方1H-MRS (Magnetic Resonance Spectroscopy)を用い,薬物未投与の精神分裂病者の脳代謝についても研究を行なった.精神分裂病者では,NAA (N-acetylaspartate)が,前頭葉白質で男女共に低下(p<0.0001)している事を認めた.その減少の割合いは-22%であった.またcholineも前頭葉白質で男女共に減少(p<0<0.001)していた.その減少の割合いはNAAとほぼ同様-25%であった.NAAは人脳ではグルタミン酸,グルタミンに次いで多くあるアミノ酸であり,最近ミエリン生成に関係していると考えられている.Choloneのピークは,その真の構成物質はphasphatidylcholine,sphingomyelineと考えられ,膜構成成分である.NAAとcholineが精神分裂病者の前頭葉白質で相関(r=0.781,p<0.003)を持って減少する事実は,精神分裂病ではニューロンネットワークの障害が生じている事を示唆している.研究者はポジトロンCTの方法で、薬物未投与の慢性期精神分裂病者の脳各部位を検索し、慢性期精神分裂病者では、人類で始めて出現してくる連合野に活性の低下が見られる事を、脳血流量、脳酸素消費量、グルタミン酸プールを測定する事により認めた。また薬物未投与の急性期精神分裂病者の脳部位では視床、帯状回、弁蓋部の脳血流量、脳酸素消費量の増加が見られることを見出だしている。精神分裂病者が示す精神症状との関連では、能動性の減退、感情鈍麻などの陰性症状を呈する慢性期精神分裂病者では、両側前頭葉の脳血流量、脳酸素消費量、グルタミン酸プールが減少していた。また妄想を示す慢性期の精神分裂病者では右頭頂葉、または左側頭葉の脳血流量、脳酸素消費量、グルタミン酸プールが減少していた。一方、幻聴、興奮など陽性症状を示す急性期精神分裂病者では、症例によって脳の過活動部位は様々であるが、視床、帯状回、弁葢部と言った脳部位は、共通して脳血流量、脳酸素消費量が増加していた。

研究者はポジトロンCTの方法で,薬物未投与の慢性期精神分裂病者の脳各部位を検索し,慢性期精神分裂病者では,人類で初めて出現してくる連合野に活性の低下が見られる事を,脳血流量,脳酸素消費量,グルタミン酸プールを測定する事により認めた.また薬物未投与の急性期精神分裂病者の脳部位では視床,帯状回の脳血流量,脳酸素消費量の増加が見られることを見出だしている.精神分裂病者が示す精神症状との関連では,能動性の減退,感情鈍麻などの陰性症状を呈する慢性期精神分裂病者では,両側前頭葉の脳血流量,脳酸素消費量,グルタミン酸プールが減少していた.また妄想を示す慢性期の精神分裂病者では右頭頂葉,または左側頭葉の脳血流量,脳酸素消費量,グルタミン酸プールが減少していた.一方,幻聴,興奮などの陽性症状を示す急性期精神分裂病者では,症例によって脳の過活動部位は様々であるが,視床,帯状回と言った脳部位は,共通して脳血流量,脳酸素消費量が増加していた.一方1H-MRS(megnetic resonance Spectroscopy)を用い,薬物未投与の急性期精神分裂病者の脳代謝についても研究を行なった。精神分裂病者では,NAA(N-acetylaspartate)が前頭葉白質で男女共に低下(p<0.0001)している事を認めた。その減少の割合いは-22%であった。またcholineも前頭葉白質で減少(p<0.001)しており,この減少はNAA同様,男の患者(p<0.005)でも,女の患者(p<0.025)でも見られた.その減少の割合いはNAAとほぼ同様-25%であった.NAAは人脳ではグルタミン酸,グルタミンに次いで多くあるアミノ酸であり,最近ミエリン生成に関係していると考えられている.一方Cholineのピークは,その真の構成成分はphosphatidylcholine,sphingomyelineと考えられ,膜構成物質である。NAAとcholineが精神分裂病の前頭葉白質で相関(r=0.781,p<0.003)を持って減少する事実は,精神分裂病では神経連絡網の障害が生じている事を示唆している.
糸球体腎炎における単球/マクロファージ浸潤の機序の解析

糸球体腎炎における糸球体へのマクロファージ(MΦ)の浸潤の機序を明らかにする目的で、MΦに特異性の高い遊走因子として最近同定された単球遊走蛋白質-1(MCP-1)の糸球体内発現の検討を行い、以下の知見を得た。1.培養ラット糸球体上皮細胞はIL-1,TNF,LPSの刺激により、MCP-1 mRNAを発現した。またIL-1刺激した同細胞の培養上清中にMCP-1蛋白質及び単球遊走活性が検出され、MCP-1の産生・分泌が確認された。さらにこのMCP-1産生は糖質コルチコイドの添加により抑制されることがわかった。すでに明らかにされているように糸球体メサンギウム細胞、内皮細胞もMCP-1を産生することと合わせ、糸球体固有の細胞がMCP-1を産生することでMΦの浸潤を引き起こす可能性が示された。2.正常ラット糸球体にはMCP-1 mRNA及び蛋白質はほとんど検出されなかった。MΦの浸潤の激しい半月体形成性腎炎モデルにおいて発症後4時間にすでに糸球体内にMCP-1 mRNAの発現が観察され、3日目にはピークに達した(正常の20-40倍)。この時間経過は糸球体へのMΦの浸潤のそれとぼほ一致した。また3日目のピークの時期には、組織化学的に糸球体内にMCP-1蛋白質も検出され、さらにELISA法による定量から正常の約40倍のMCP-1蛋白質が観察され、mRNAの結果とほぼ一致した。またこのMCP-1産生の誘導及び糸球体へのMΦ浸潤も糖質コルチコイド(臨床的に半月体形成性腎炎の治療に用いられている)の投与により抑制された。以上の結果から、同モデルにおけるMΦの浸潤にMCP-1が関与することが示唆され、さらにMCP-1の産生抑制が糖質コルチコイドの作用点のひとつである可能性を示した。
鯨類の社会的認知に関する比較認知科学的研究

鯨類がどのようにして個体や種を認識しているかを探るために、飼育下のハンドウイルカとハナゴンドウを用いて、聴覚および視覚による弁別実験を行った。視覚による弁別実験の結果から、種の違い、および個体の違いを全身画像に基づいて弁別できることが示唆された。今後、現在実施中の視覚と聴覚を統合した個体弁別実験の結果を踏まえ、鯨類における聴覚情報と視覚情報を統合した社会的認知機構について考察を行う予定である。本研究は、マイルカ科の鯨類を対象として、聴覚的、視覚的に呈示された他個体の個体認知や種の認知について検討することを目的としている。初年度である21年度は、主に実験のための装置の準備、実験で呈示する聴覚および視覚刺激の収集と編集、被験動物の馴致・訓練、視覚による種の認知に関する予備実験を行った。聴覚刺激(鯨類の鳴音)および視覚刺激(鯨類の写真)の収集は、国内の5つの水族館および3ヶ所の野外フィールドにおいて行った。また、バンドウイルカおよびハナゴンドウを対象とした視覚刺激弁別実験を九十九島水族館で行うこととし、被験動物の馴致・訓練を行った。TVモニターを用いた視覚実験はこれまで鯨類では行われたことがなく、被験個体の馴致・訓練に2ヶ月を要した。予備実験では、モニターに映し出された映像のどこにイルカが注視しているかを判別することが可能かどうか、検討を行った。その結果、複数のビデオカメラを設置することで、イルカが注視している場所をある程度特定できることが確認され、22年度早々にバンドウイルカを対象として視覚刺激による種弁別の実験を行う運びとなった。実験は、視覚的一対比較課題形式で行うこととし、予備実験では簡単な図形を用いた。なお、本研究に関わる成果の一部を日本哺乳類学会およびマリノサイエンス・フォーラム等において報告を行った。また、昨年度までに行った実験の結果からイルカが聴覚刺激によって個体弁別が可能であることが分かり、現在論文執筆中である。今後は、種弁別実験を進める一方、性弁別、個体弁別に関する実験も行っていく予定である。22年度は、21年度に行った実験装置の準備、実験で呈示する聴覚および視覚刺激の収集と編集、被験動物の馴致・訓練、視覚による種の認知に関する予備実験を踏まえて、視覚による種の認知に関する実験、個体の認知に関する予備実験を行った。被験体は九十九島水族館で飼育中のハンドウイルカ1個体であった。実験に先立ち、ハンドウイルカの視線計測が可能かどうか検討を行った。イルカ類では、眼球の構造がヒトとは大きく異なることから、ヒト用に開発されたアイトラッキングを用いることはできない。そこで、CCDカメラで収録したイルカの頭部の向きと視軸から、被験体の視線を推測する方法を用いた。その結果、平均39.6%の確率で視線を推測することができた。実験には、選好注視課題と馴化-脱馴化課題を用いた。選考注視課題では、自由遊泳時の被験体にハンドウイルカの画像と他種の画像を同時に提示し、各画像前の停止注視時間を計測した。馴化-脱馴化課題では、TVモニターを使用してハンドウイルカの画像に馴化させた後、ハンドウイルカと他種の画像合わせて2枚を同時に提示し、注視時間を計測した。その結果、選好注視課題、馴化-脱馴化課題の両方において、ハンドウイルカとは異なる種の画像を長く注視していたことから、ハンドイルカはハンドウイルカと他種を全身画像に基づいて弁別できることが示された。他種間での画像の注視時間に差はみられなかった。本結果は、ハンドウイルカにおいて、視覚刺激に基づいた種の弁別が可能であることを示唆している。なお、本研究に関わる成果の一部を日本動物心理学会等において報告を行った。今後は、ハナゴンドウ、シャチも対象に含め、性弁別、個体弁別に関する実験を行っていく予定である。平成23年度は、昨年度までの実験結果を踏まえて、九十九島水族館で飼育中のバンドウイルカ、ハナゴンドウを対象とした画像による種弁別と個体弁別の実験を行った。実験では、TVモニターを使用して訓化画像(種弁別実験では同一種、個体弁別実験では同一個体の画像)に馴化させた後、訓化画像と新規画像(種弁別実験では別種、個体弁別実験では別個体の画像)合わせて2枚を同時に提示し、被験体の各画像注視時間を計測した。その結果、種弁別実験においては訓化呈示で用いた種とは異なる種の画像を長く注視しており、バンドウイルカ、ハナゴンドウともに種の違いを全身画像に基づいて弁別できることが示された。

個体弁別実験においてバンドウイルカは訓化呈示で用いた個体とは異なる個体の画像を長く注視しており、個体の違いを全身画像に基づいて弁別できることが示唆されたが、ハナゴンドウは実験途中で行動が崩れてしまい、データを取ることができなかった。また、聴覚による個体認知を調べる目的で、九十九島水族館において、自由遊泳時、トレーニング時、プログラム時にイルカのホイッスルの収録を行い、解析を行った。その結果、鳴き交わし時に個体に特徴的なホイッスルを用いること、協力行動時に特定のホイッスルを発している可能性があることが示唆された。実験実施に遅れが生じてしまい、研究期間内にすべての実験を終了することができなかったが、現在も音声-映像統合弁別実験の訓練を実施中である。音声-映像統合弁別実験は、ある個体の音声を呈示し、その個体を含む2個体の映像から音声に該当する個体の映像を選ばせるというものである。この実験結果を踏まえて、鯨類における聴覚情報と視覚情報を統合した社会的認知機構について考察を行う予定である。
長寿命建築物のための大型RC柱の自然暴露試験と耐久・耐震性能に関する研究

塩害で損傷した実規模相当RC柱の耐久性能と耐震性能を検証するため, 2004年から2010年にかけて沖縄の海岸で自然暴露試験を行った。暴露期間は3年, 5年, 6年であり,塩分浸透量調査と一定軸力下における水平加力実験を行った。6年間暴露したRC柱試験体は塩分浸透量が多くなり,耐震性能にも低下がみられた。塩害損傷をうけたRC柱の曲げ強度とせん断強度を計算するため,鉄筋の質量減少率から求めた平均断面積を用いた結果,計算結果は実験結果を概ね予測することができた。沖縄県は高温・高湿の亜熱帯環境という厳しい腐食環境下にあり,加えて島嶼環境という地理的条件および台風などによる飛来塩分によりRC造建物は塩害を受け易い。また,1972年の沖縄県の日本復帰前後には十分に洗浄されていない海砂が多量に使用されたため,鉄筋腐食に伴うRC造建物の塩害が懸念されている。上記の懸念を背景に,これまで琉球大学工学部山川研究室では塩害を模擬した電食,および沖縄の西海岸で自然暴露した縮小試験体を用いて塩害により損傷を受けたRC柱の耐久性能と耐震性能の関係を解明することに注力してきた。しかしながら,縮小試験体ではかぶり厚さや,主筋や帯筋の鉄筋サイズも縮小されてしまうため,RC柱の耐久性能と耐震性能を追求する場合には実際のRC柱に近いかぶり厚さや鉄筋サイズが必要であると考えられてきた。他方,地球環境の維持・保全のため,持続可能な循環型社会の形成に向けて廃棄物のリサイクルが進んでおり,沖縄県内の火力発電所で産出される石炭灰(フライアッシュ)を有効活用したRC構造物の施工報告も行われている。このような中にあって,実規模相当のRC柱を使用して自然暴露を行い,材料および構造的に耐久性能と耐震性能を同時に追求した研究は見当たらない。本研究では実規模相当のRC柱(400×400×1600mm)の自然暴露試験体を用いて以下を解明することを目的とした。(1)自然暴露期間,コンクリート強度,塩分浸透性状の関係を明らかにし,併せてフライアッシュ混入の耐久性に対する有効性を示す。(2)耐久性調査と同時に,自然暴露大型RC柱の水平加力実験を行い,耐久性能と耐震性能の関係を明らかにする。自然暴露大型RC柱試験体は, 400×400mmの正方形断面,柱高さ1600mmである。モニター試験体の断面は400×400mm,柱高さ1000mmである。大型RC柱試験体およびモニター試験体の総数は各12体であり,このうち,各9体を暴露している。暴露開始後, 1回目の水平加力実験と塩分浸透量調査,暴露鉄筋の引張試験を行った。水平加力を行ったのは,暴露柱試験体3体(L, N, Fシリーズ),暴露していない基準柱試験体3体(L, N, Fシリーズ)である。実験の結果,暴露期間が3年を経た柱試験体は,一部の柱試験体(N, F)のかぶりコンクリートにひび割れが生じ,鉄筋の腐食グレードがIII及びIVという外観上,耐久・耐震性能上の検討が必要となるRC柱となる。また,暴露柱試験体の累積エネルギー吸収量は基準柱試験体に比べてわずかに上回る結果となった。次に,モニター試験体から主筋をはつり出して腐食グレードを判定し,引張試験を行った。その結果,腐食主筋の質量が減少するに従い,腐食グレードは上昇する。引張試験では,降伏強度,引張強度,破断伸び率の測定を行い,主筋の質量減少率が大きくなるに伴い,破断伸び残存率は低下した。腐食主筋の破断伸び残存率が,健全主筋の約3割に低下している試験片もあった。モニター試験体の塩化物イオン浸透量調査では,水セメント比が大きいLシリーズ(L3)の浸透量が一番大きく,次にNシリーズ(N3),フライアッシュを混入したFシリーズ(F3)が一番小さい結果となった。平成20年6月と12月には,暴露を継続している残りRC柱試験体6体のひび割れ調査および写真撮影を行った。12月の調査よると,柱試験体のクラック発生状況は, Nシリーズが一番多く,次いでFシリーズ,一番少ないのが, Lシリーズだった。さび汁はLシリーズの柱脚部に多く発生している。また, 6月の調査より,ひび割れは増加していた。平成21年度は,6月に自然暴露大型RC柱とモニター試験体のひび割れ調査,写真撮影を行った。平成21年6月時点で暴露されているのは,RC柱試験体6体とモニター試験体6体である。暴露調査の結果,海側より陸側の柱表面にひび割れが多く,ひび割れ幅はNシリーズが大きかった。この調査結果より,L, N, FシリーズのRC柱試験体3体とモニター試験体3体,およびコンクリートシリンダーを琉球大学産学官連携推進機構大型実験室に運び込んだ。

モニター試験体からコアを採取し,塩分浸透量を調べた結果,塩分浸透量は海側より陸側が多く,これは暴露RC柱試験体のひび割れ状況と同じ傾向だった。また,FシリーズよりNシリーズの塩分浸透量が大きい結果となった。一定軸力比0.2の下でRC柱試験体の水平加力実験を行った結果,暴露RC柱は曲げ強度に到達し,最大耐力以降はAIJのせん断強度計算値に沿って耐力が低下するとともに,FシリーズはR=5%時点で柱軸ひずみが急激に進行し,せん断破壊の兆候を示した。Lシリーズでは,R=5%の加力中に柱頭の帯筋が3本破断し,せん断破壊した。Nシリーズは加力中にカバーコンクリートの剥落が非常に多い結果となった。累積エネルギー吸収量は,暴露していない基準試験体よりも暴露試験体の方が大きい結果であった。この原因については主筋付着の影響を考えており,現在も考察を進めている。コンクリート強度と材齢の関係では,L, N, Fともに5年暴露のシリンダー強度が3年暴露とほぼ同じであり,フライアッシュ混入のFシリーズでも強度増進は落ち着いたと考えられる。平成21年12月にも大型RC柱とモニター試験体のひび割れ調査を行った。Fシリーズのひび割れは,幅が12mmと大きくなっており,Nシリーズでは陸側のひび割れが大きくなっていた。Lシリーズには海側のひび割れが多いように思われた。なお,暴露によるひび割れは,主に主筋位置に生じていた。沖縄は高温・多湿の厳しい腐食環境下にあり,かつ島襖環境という地理的条件のため,RC建物が塩害を受けやすい。加えて,塩分総量規制以前の海砂を大量に使用したRC建物も数多く存在する。本研究では3種類のコンクリート調合を用いて,かぶり厚さ30mmを有する大型RC柱(40cm角の正方形断面)の自然暴露試験を行い,塩害損傷が耐久性能と耐震性能に与える影響を照査することを目的とする。5年間暴露したモニター試験体の含有塩化物イオン量の調査の結果,フライアッシュを混入したFシリーズでは含有塩化物イオン量はNとLシリーズより少なく,かつ3シリーズとも暴露期間が3年より5年の方が含有塩化物イオン量がわずかに増加した。腐食鉄筋の質量減少率は,NとLシリーズの主筋と帯筋,及びFシリーズの帯筋では暴露期間の増加に伴い質量減少率が増加する傾向にあった。一方でFシリーズの主筋の質量減少率には変化が少なかった。自然暴露大型RC柱の水平加力実験の結果,5年暴露のLシリーズでは最大水平耐力は曲げ強度計算値に到達し,その後,負側部材角の5%加力時に軸ひずみが大きく進行したため,加力を終了した。5年暴露のLシリーズの最大水平耐力は曲げ強度計算値に到達した。5年暴露のLシリーズは最大水平耐力が曲げ強度計算値に到達し,その後,正側部材角5%の加力途中に柱頭の帯筋が3本破断すると共にせん断破壊を起こした。試験体のエネルギー吸収量は暴露期間が進行するにつれ基準RC柱試験体よりやや大きくなった。以上より,海岸での暴露によりコンクリート表面にひび割れが生じ,鉄筋が激しく腐食しているRC柱であっても本実験での暴露期間程度であればRC柱の耐震性能(最大耐力と靭性)に及ぼす影響は少なく,耐久性能の低下の方が大きいと分かった。なお,2010年6月の外観調査時点でRC柱試験体の腐食はかなり進行しているように観察されたため,同年9月27日に再度外観調査を行い,急遽11月中旬から下旬に水平加力実験とモニター試験体の塩分浸透量調査,鉄筋の力学性能調査を行った。
色素増感太陽電池の内部抵抗要因の解析および高効率化

1.電解質の粘度を電解質にポリエチレングリコール(PEG)を加えることにより変化させ、電流-電圧測定から電池性能への影響を、交流インピーダンス測定から電池の内部抵抗成分への影響を調査した。各電解質の拡散限界電流をサイクリックボルタンメトリーに測定したところ、拡散限界電流は電解質に添加するPEGの量を増す(電解質の粘性が増す)とともに減少した。色素増感太陽電池の短絡電流に対して、この拡散限界電流が十分に大きい条件では、電解質の粘性の増加はインピーダンスにおいてキャリア(I_3^-)の拡散に起因する成分の拡大をもたらすものの電池性能の低下はわずかであった。このことは、I_3^-の拡散が電池性能に影響を与える主因ではないことを示唆した。更に電解質の粘性を増すと電池の短絡電流も減少したが、この条件下において短絡電流値は拡散限界電流値とほぼ一致した。また、インピーダンス測定から、キャリアの拡散に起因する成分だけでなく、全ての内部インピーダンス成分で増加が確認された。2.新規電極材料として高い表面積を持つシリカ修飾酸化チタン(Si-TiO_2)を様々な条件で作製し、色素増感太陽電池用電極材料としての適用性を評価した。焼成温度が同一の場合、Si添加量の多いほうが小さな結晶子径のSi-TiO_2が得られ、より多くの色素が吸着する傾向が見られた。またXRD回折パターンより、いずれの試料からもanatase相のみが確認された。シリカを少量(3%程度)添加すると色素吸着量の増加にともなう短絡電流の増加が見られたが、更に多くシリカを添加すると短絡電流値は減少した。インピーダンス測定の結果、シリカの添加は1000Hz付近の成分を大きくすることから、電極内の電子移動が妨げられていることがわかった。これを改善するためSi-TiO_2をTiO_2コロイドと混合して用いることにより電池性能の向上を達成した。色素増感太陽電池の高効率化を図る上で、電池性能に影響を与える主たる内部抵抗成分を見出すことは重要である。本研究では交流インピーダンス法を用いて色素増感太陽電池に存在する各電荷移動に起因する抵抗成分を分離、測定しその電池性能への影響を調査した。標準的な色素増感太陽電池に対してインピーダンス測定を行った結果、この電池にはオーミックな抵抗成分R_0と界面電荷移動に起因する円弧成分ω_1ω_4の少なくとも5種類の抵抗成分が存在することがわかった。導電性ガラス基板の異なる電池の測定からR_0は導電膜中の電子移動、ω_1は導電膜/TiO_2界面における電子移動に起因する成分と帰属した。ω_2は焼成温度の異なる電極を用いて実験を行った結果TiO_2粒子界面の電子移動に起因する成分に帰属した。また異なる状態の対極を用いた場合もこの周波数領域に変化が見られるため、対極/電解質界面の成分がこの部分に含まれている可能性がある。ω_3はTiO_2表面に吸着する色素量が増した場合や、電池に照射する光強度を増すなど、色素からTiO_2への注入電子量を増加させると縮小し、この時、電池から得られる光電流量は多くなった。一方で、電解質中のI_3^-濃度を低下することによりこの円弧は拡大し、光起電力、光電流ともに増加する傾向が見られた。これらの結果から、ω_3はTiO_2/電解質界面に起因し生じる円弧であり、この界面の最適化が重要であることがわかった。ω_4は電解質中のI_3^-の濃度が低下した場合や、電解質層の厚みが増した場合に円弧の拡大が見られたことから、電解質中のI_3^-の移動が関わる成分であることが考えられる。このように、電池の構造や、測定条件の異なる色素増感太陽電池に対して交流インピーダンス測定を行うことにより、電池内に存在する界面電荷移動現象とそれに起因する内部抵抗を分離、帰属することができた。電池の構造や構成する材料が異なる色素増感太陽電池作製し、電流-電圧特性の測定より電池の性能評価を行い、また交流インピーダンス測定により電池の内部抵抗成分の分離と評価を行った。そして、交流インピーダンス測定で得られた抵抗値と、電流-電圧特性値を比較、検討しながら色素増感太陽電池の内部抵抗成分の分離と同定を進めた。また、半導体電極、カソードそれぞれに起因する抵抗成分を分離して検出できるよう、色素増感太陽電池に参照極を導入した3極式の電池の作製を試みた。通常の色素増感太陽電池は電極間距離が非常に短く、この形状で参照極を導入しインピーダンス測定を行うことは困難であった。そこで、ガラス容器あるいは通常よりも厚いスペーサー(1.5mm)を用いて電池を構成し、参照極の導入を行った。結果、これまで特性周波数の近似が原因で抵抗成分の分離が不明朗であった半導体電極側の粒子間界面に起因する抵抗とPt対極/電解質に起因する抵抗を分離することができた。また、これまでPt対極の抵抗成分は通常の場合、半導体電極と比較して小さいため評価することが困難であったが本方法によりこの成分の評価が可能となった。半導体電極の粒子間界面に起因する抵抗成分は、水熱合成で得たナノコロイドペーストを電極として使用した場合ほとんど観測されないことがわかった。また、Pt/電解質界面に起因する抵抗成分は電解質中のI_3^-濃度を増加させるほど小さくなり、また影響がないと思われていた光強度に対しても変化を示し、光強度が増すほどその抵抗値は小さくなることがわかった。

しかしながら、電極間距離を大きくすることにより電解質の拡散に伴う抵抗の影響が大きくなり、最も低周波部分のインピーダンスが大きく拡大、参照極導入前の薄い太陽電池におけるインピーダンスとの相違が見られた。1.電解質の粘度を電解質にポリエチレングリコール(PEG)を加えることにより変化させ、電流-電圧測定から電池性能への影響を、交流インピーダンス測定から電池の内部抵抗成分への影響を調査した。各電解質の拡散限界電流をサイクリックボルタンメトリーに測定したところ、拡散限界電流は電解質に添加するPEGの量を増す(電解質の粘性が増す)とともに減少した。色素増感太陽電池の短絡電流に対して、この拡散限界電流が十分に大きい条件では、電解質の粘性の増加はインピーダンスにおいてキャリア(I_3^-)の拡散に起因する成分の拡大をもたらすものの電池性能の低下はわずかであった。このことは、I_3^-の拡散が電池性能に影響を与える主因ではないことを示唆した。更に電解質の粘性を増すと電池の短絡電流も減少したが、この条件下において短絡電流値は拡散限界電流値とほぼ一致した。また、インピーダンス測定から、キャリアの拡散に起因する成分だけでなく、全ての内部インピーダンス成分で増加が確認された。2.新規電極材料として高い表面積を持つシリカ修飾酸化チタン(Si-TiO_2)を様々な条件で作製し、色素増感太陽電池用電極材料としての適用性を評価した。焼成温度が同一の場合、Si添加量の多いほうが小さな結晶子径のSi-TiO_2が得られ、より多くの色素が吸着する傾向が見られた。またXRD回折パターンより、いずれの試料からもanatase相のみが確認された。シリカを少量(3%程度)添加すると色素吸着量の増加にともなう短絡電流の増加が見られたが、更に多くシリカを添加すると短絡電流値は減少した。インピーダンス測定の結果、シリカの添加は1000Hz付近の成分を大きくすることから、電極内の電子移動が妨げられていることがわかった。これを改善するためSi-TiO_2をTiO_2コロイドと混合して用いることにより電池性能の向上を達成した。
超大型浮体構造物まわりの流況の数値解析に関する比較計算

海洋空間の有効利用へのニーズは、将来的に増大の一途をたどると思われるが、既に水深が20mよりも浅い沿岸域の約半分は埋め立てによって工業地帯や住宅地として利用されており、今後はより大水深域での活用が必要となっている。ただし、従来のような埋め立てでこれに対処することは、経済的にも環境的にも無理があることは明らかであり、浮体を利用することが最も適した解決法であるという認識が定着してきた。ただし、現在想定されている超大型浮体の寸法は長さ、幅が数キロと従来の海洋構造物に比較してけた違いに大きいので、それが内湾域や沿岸域に設置された場合に周囲の海洋環境にどのような影響を与えるかを事前に見積もっておく必要がある。本研究は、内湾の超大型浮体まわりの流れと物質の拡散の数値解析精度に関して現在知られているいくつかの方法によって比較計算を行い、それらの特質を明らかにすることを目的として実施された。平成7年度から2年間に以下の作業を行った。矩形湾に設置された超大型浮体まわりの流れと拡散について(1)水平二次元問題における差分法(ADI法とLEAP FROG法)および有限要素法による比較計算(2)多層モデルによる三次元計算と(1)の比較(3)潮流・潮汐水槽における超大型浮体模型まわりの流れの可視化実験東京湾に超大型浮体を設置した場合について(4)二次元計算および多層モデルによる流れおよび残差流の比較(5)河川からの物質の移流・拡散パターンの比較などを行った。この結果、二次元計算は原理的に多層モデルの解を鉛直方向に積分したものに等しいこと、ADI法はLEAP FROG法に比較して数値安定性が良く時間ステップを大きくとれること、超大型浮体は埋め立てに較べて流れおよび拡散への影響が少ないこと、多層モデルは河川からの拡散計算において定常値への収束が早く二次元計算に比較して効率的であること、などが明らかとなった。近年、海洋空間の有効利用の目的で超大型浮体を沿岸域に設置して海上空港や海上都市として利用しようという構想がクローズアップされており、1/10程度の模型による実証実験も平成7年4月から開始された。それらの超大型浮体の主寸法としては(L×B×D=5km×1km×2m)程度のものが考えられているので、設置にあたっては超大型浮体の安全性は元より、それが周囲の海洋環境に与える影響を十分に考慮する必要がある。本研究は、超大型浮体が内湾の沿岸付近に設置された場合に内湾の流れと物質の拡散にどのような影響を及ぼすかについて数値計算によって事前に精度良く見積もるための数値計算法とそのノウハウについて、モデル海域を設定して比較計算を実施することを目的としている。本年度の研究では、以下の作業を行った。(1)比較計算実施海域として観測データの豊富な大阪湾を選び地形データを作成した。(2)数値計算法としては、有限差分法、有限要素法、有限体積法などが考えられるが、研究代表者および分担者間でどの方法で参加するについて相談した。2次元計算および3次元計算で可能な限り多くの手法での比較計算を行うこととした。また、境界条件といくつかのパラメータについて計算条件を決めた。(3)各分担者の計算出力を統一するために、データの形式を定めた。これによって各種の計算結果を直接的にかつ、詳細に比較検討することができる。(4)大阪湾とは別に室内実験も併用することにし、潮流水槽を購入した。次年度に、この水槽中に矩形湾をつくり、超大型浮体の模型実験を実施するための準備をした。

この結果、二次元計算は原理的に多層モデルの解を鉛直方向に積分したものに等しいこと、ADI法はLEAP FROG法に比較して数値安定性が良く時間ステップを大きくとれること、超大型浮体は埋め立てに較べて流れおよび拡散への影響が少ないこと、多層モデルは河川からの拡散計算において定常値への収束が早く二次元計算に比較して効率的であること、などが明らかとなった。近年、海洋空間の有効利用の目的で超大型浮体を沿岸域に設置して、海上都市や海上空港として利用しようという構想がクローズアップされており、平成7年7月からは1/10程度の模型による実証実験も開始されている。現在、想定されている超大型浮体の寸法は(LxBxd=5Kmx1Kmx2m)程度であるが、それは従来のものに比べるとケタ違いに大きいので、その設置にあたっては超大型浮体自身の安全性はもとより、それが周囲の海洋環境を与える影響を事前に見積もっておく必要がある。本研究は、超大型浮体が内湾の流れと物質の拡散にどのような影響が及ぶかについて数値計算によって精度良く見積もるための数値計算法とその精度について比較することを目的としている。本年度の研究では、以下の作業を行った。1.矩形湾に設置された超大型浮体のまわりの流れと拡散について、二次元ADI法、二次元有限要素法、三次元多層モデルによる比較計算を実施した。2.前年度に製作した潮流・潮汐水槽において箱形の超大型浮体模型を浮かべて実験を行った。水面に浮かべたトレーサの動きをビデオに収録して超大型浮体模型まわりの流れパターンなどを数値計算と比較した。3.東京湾に超大型浮体を設置した場合の流れと水温・密度分布への影響について試計算を行った。