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核生成理論に基づくバルク金属ガラスから準結晶への相変態機構の解明

昨年には、正20面体クラスターを持つ合金組成において、異なる種類の合金元素の添加により、金属ガラス相および準結晶相がそれぞれ形成されることが明らかになった。本年度、我々はこの準結晶相と金属ガラス相との間の特殊な構造的な関連性を基づいて、合金化を通してZr-Cu基金属ガラスから新型のバルクガラス合金およびバルク準結晶合金の開発に成功した。また、このガラス合金の結晶化挙動に及ぼす合金元素添加の影響を検討した。主な研究結果:1.Zr_<65>Cu_<27.5>Al_<7.5>ガラス合金に少量(<10at.%)の主要成分元素と正あるいはゼロの混合熱を持つNb,Ta元素を添加することにより、その結晶化挙動が変化され、結晶初相が準結晶相になった。この結果は、添加元素が合金主要成分元素と負の混合熱を必要するという以前の知見を補足した。我々が設計したZr_<65>Cu_<27.5>Nb<7.5>ガラス合金の結晶化挙動はこの結論も検証した。この研究成果はすでに学術雑誌J. Mater. Res.に発表された。2.Zr_<65>Cu_<27.5>A1_<7.5>ガラス合金において、そのガラス形成能および結晶化挙動に及ぼすTi元素添加量の影響を系統的に調べた。少量(<7at.%)のTiの添加はガラス形成能を向上させるが、Ti添加量は10at.%の場合、鋳造材において準結晶相が形成された。そのほか、Tiの添加により、Zr_<65>Cu_<27.5>Al_<7.5>ガラス合金結晶化挙動を変化させ、ガラス相から析出した初相はナノサイズの準結晶相となった。その結晶化運動学の解析により、形成された準結晶相が高い活性化エネルギーを持っていることが分かった。このTiの添加は過冷却液体中の正20面体クラスターの安定性を向上させると考えられる。また、機械的性質の評価した結果:鋳造およびガラス合金の結晶化による得られた準結晶バルク材の破壊強度はともに金属ガラス材より高いことが明らかになった。これらの研究成果を纏めた3編の論文が学術雑誌に掲載された。3.新たの超大塑性変形を示すナノ結晶粒子分散型のZr基バルク金属ガラスを開発した。そのバルク材の圧縮塑性変形が50%以上に達した。この研究成果は学術雑誌Applied Physics Lettersに発表された。今年度は、バルク金属ガラスおよび正20面体準結晶と共に関連するZr-Ni-(Al,Ti)合金系に着目し、Zr9Ni4という正20面体準結晶クラスターを原点として、(Zr_9Ni_4)75(Al_<1-x>Ti_x)_<25>合金系を設計し、合金元素の種類は金属ガラス相あるいは正20面体準結晶の形成には極めて重要な因子であることを証明した。Alリッチの組成域(x<0.2)では、金属ガラス単相が形成されることに対して、Tiリッチの組成域(x>0.8)では、正20面体準結晶単相が形成された。また、中間組成域(0.2<x<0.8)では、金属ガラス相と正20面体準結晶相の混相が形成されることが確認された。合金元素AlとTiの原子径がほぼ等しいにもかかわらず、正20面体準結晶の基本元素ZrおよびNiとの混合熱がそれぞれ異なって、TiとZrとの間は0混合熱を有することに対して、TiとNiとの間は負の混合熱を持っているので、TiとNiとの優先的な結合は、Zr9Ni4正20面体の配列には有利ので、結果として準結晶構造が形成された。一方、AlとNiおよびAlとZrとの間はともに負の混合熱を持っていて、優先結合ペアーはないので、Alの添加により、ZrgNi4正20面体の配列が混乱された結果として、金属ガラス相の形成に有利である。以上の研究結果から、正20面体準結晶クラスターを元にして、適当な合金元素の添加により、新型の金属ガラスあるいは正20面体準結晶を設計することが可能であると考えられる。また、ガラス相と正20面体準結晶相との構造的な関連性により、既知のガラス相あるいは正20面体準結晶相の組成から、新たな正20面体準結晶相あるいはガラス相を開発できると予想される。たとえば、我々Zr_<65>Al_<10>Ni_<10>Cu_<15>バルク金属ガラスにNbを添加し、体積分率を90%超える準結晶相を持つ準結晶基の複合材料を創製した。これまでの準結晶材料における組織の緻密度が低いという欠点を克服し、良好な機械的性質を示した。この成果を纏めた研究論文は、すでにIntermetallics雑誌に受諾された。主な研究結果:1.Zr_<65>Cu_<27.5>Al_<7.5>

ガラス合金に少量(<10at.%)の主要成分元素と正あるいはゼロの混合熱を持つNb,Ta元素を添加することにより、その結晶化挙動が変化され、結晶初相が準結晶相になった。この結果は、添加元素が合金主要成分元素と負の混合熱を必要するという以前の知見を補足した。我々が設計したZr_<65>Cu_<27.5>Nb<7.5>ガラス合金の結晶化挙動はこの結論も検証した。この研究成果はすでに学術雑誌J. Mater. Res.に発表された。2.Zr_<65>Cu_<27.5>A1_<7.5>ガラス合金において、そのガラス形成能および結晶化挙動に及ぼすTi元素添加量の影響を系統的に調べた。少量(<7at.%)のTiの添加はガラス形成能を向上させるが、Ti添加量は10at.%の場合、鋳造材において準結晶相が形成された。そのほか、Tiの添加により、Zr_<65>Cu_<27.5>Al_<7.5>ガラス合金結晶化挙動を変化させ、ガラス相から析出した初相はナノサイズの準結晶相となった。その結晶化運動学の解析により、形成された準結晶相が高い活性化エネルギーを持っていることが分かった。このTiの添加は過冷却液体中の正20面体クラスターの安定性を向上させると考えられる。また、機械的性質の評価した結果:鋳造およびガラス合金の結晶化による得られた準結晶バルク材の破壊強度はともに金属ガラス材より高いことが明らかになった。これらの研究成果を纏めた3編の論文が学術雑誌に掲載された。3.新たの超大塑性変形を示すナノ結晶粒子分散型のZr基バルク金属ガラスを開発した。そのバルク材の圧縮塑性変形が50%以上に達した。この研究成果は学術雑誌Applied Physics Lettersに発表された。
ナノ秒/連続発振レーザによる透過性硬脆材料の精密微細加工とその知能化

透過性のナノ秒パルスまたはCWのレーザビームを材料表面または内部に集光することによって誘電体や半導体などの硬脆材料の精密微細加工を試み、加工メカニズムの解明、加工品質に関わるパラメータの究明と制御について、学術的な立場から以下の点について検討した。(1)吸収係数の温度依存性の測定、(2)透過性材料の表面および内部加工と加工品質評価、(3)熱伝導解析と熱弾塑性解析による温度履歴および熱衝撃現象の解析、(4)破壊力学解析透過性のナノ秒パルスまたはCWのレーザビームを材料表面または内部に集光することによって誘電体や半導体などの硬脆材料の精密微細加工を試み、加工メカニズムの解明、加工品質に関わるパラメータの究明と制御について、学術的な立場から検討し、産業界の要望に応えることを目的としている。これを達成するため、以下の点について検討を行う。(1)吸収係数の温度依存性の測定、(2)透過性材料の表面および内部加工と加工品質評価、(3)熱伝導解析と熱弾塑性解析による温度履歴および熱衝撃現象の解析、(4)分子動力学による内部加工現象の解析、(5)破壊力学解析、(6)透過性材料を基板とする実電子デバイスの表面および内部加工と加工品質評価透過性のナノ秒パルスまたはCWのレーザビームを材料表面または内部に集光することによって誘電体や半導体などの硬脆材料の精密微細加工を試み、加工メカニズムの解明、加工品質に関わるパラメータの究明と制御について、学術的な立場から以下の点について検討した。(1)吸収係数の温度依存性の測定、(2)透過性材料の表面および内部加工と加工品質評価、(3)熱伝導解析と熱弾塑性解析による温度履歴および熱衝撃現象の解析、(4)破壊力学解析本研究では,透過性のナノ秒パルスまたは連続発振のレーザビームを材料表面または内部に集光することによって誘電体や半導体などの硬脆材料の精密微細加工を試み,加工メカニズムの解明,加工品質に関わるパラメータの究明と制御について,学術的な立場から検討し,産業界の要望に応えることを目的としている.本年度得られた主な成果は以下のとおりである.(1)ガラスのレーザスクライブにおける亀裂の局所進展レーザ照射を遮へいすることで亀裂が深く進展することを予測し,実験で亀裂が局所的に深くなる現象を確認した.遮へい幅とほぼ比例して亀裂深さは増加するが,遮へい幅が大きくなるとスクライブ方向の亀裂進行が停止する実験結果を三次元熱弾性解析により定性的に説明した.(2)ナノ秒レーザによる単結晶シリコンの内部改質層形成機構の解析吸収係数の温度依存性を考慮した熱伝導解析と,その結果に基づく簡単な熱応力解析によって,内部改質層の形成機構を検討した.その結果,吸収係数の温度依存性のため,集光点近傍で突如急激なレーザ光吸収が生じること,初期の急激なレーザ光吸収領域でボイドが生成し,その後熱衝撃波が表面方向に伝播すること,熱衝撃波先端の高温領域が強い圧縮応力を受け,熱衝撃波が通過した領域に高転位密度層が生成すること,前のパルスで生成した高転位密度層を熱衝撃波の先端が伝播する際,高転位密度層内の転位が核となって亀裂が生成し,単結晶領域まで進展することなどを示した.(3)透過性パルスレーザによる極薄シリコンウエハの内部改質50μm厚のSiウエハを対象とした熱伝導解析を行って,焦点深さによる加工結果の違いを予測し,実験でその妥当性を確認した.その結果,本解析によって加工結果を予測することができること,SD加工を行うには適切な焦点深さがあり,熱衝撃波が表面に達しない条件でレーザ照射を行う必要があることが明らかとなった.本研究では,透過性のナノ秒パルスまたは連続発振のレーザビームを照射することによって誘電体や半導体などの精密微細加工を試み,加工メカニズムの解明とパラメータ制御について学術的立場から検討して産業界の要望に応えることを目的としている.本年度の主な成果は以下のとおりである.(1)ガラスのクロスレーザスクライブ機構1次スクライブ線のエッジに初期亀裂を導入していないにも関わらず2次スクライブが進行するが,その進行メカニズムとして,2次スクライブの加熱域で1次スクライブ面が圧接される場合と,2次スクライブの冷却域において,1次スクライブ面に生じる摩擦力によって引張応力が伝達される場合の二つの形態があることを明らかにした.(2)レーザ重ね照射によるレーザスクライブ亀裂伸長レーザスクライブ後にスクライブ線に沿って重ね照射を行うとレーザスクライブ亀裂が深さ方向に仲長することを,熱弾性解析によって,ガラス表層に大きな圧縮応力が生じ,ガラス内部に発生した引張応力が亀裂先端に集中することで亀裂が伸長するメカニズムを明らかにした.適切なレーザ重ね照射条件を推定できることも示した.(3)レーザスクライブにおける板厚と線膨張係数の影響昨年度提案したレーザスクライブ可能条件の推定方法が板厚0.41.1mmであれば板厚に関わらず適用できること,線膨張係数がソーダガラスより小さい液晶ディスプレイ用アルミノシリケートガラスにも適用できることを示した.セラミックスなどの硬脆材料のレーザスクライブ可能性を検討し,アルミナセラミックについて実証した.(4)透過性パルスレーザによるシリコンウェハの内部改質半導体プロセスで不可欠なダイシングの前工程として,ナノ秒パルスレーザを照射してウェハ内部に改質層を形成した場合,ウェハ表面に形成されているデバイスへの熱影響が十分小さいことを理論的に示した.

本研究では,透過性のナノ秒パルスまたは連続発振のレーザビームを照射することによって誘電体や半導体などの精密微細加工を試み,加工メカニズムの解明とパラメータ制御について学術的立場から検討して産業界の要望に応えることを目的としている.本年度の主な成果は以下のとおりである.(1)ガラスのレーザスクライブにおける亀裂進展解析亀裂深さを予測し,最適なスクライブ条件を簡易に推定するため,有限要素法による二次元熱弾性解析を行った.スクライブ可能な最高速度の推定は,応力拡大係数に静的しきい値を導入することで,亀裂深さの推定は,応力拡大係数に動的しきい値を導入してそれぞれを可能にした.その結果,最適なスクライブ条件を破壊力学に基づく二次元熱弾性解析によって絞り込むことができるようになった.(2)ステルスダイシングにおける亀裂進展解析透過性レーザによる内部加工をダイシング技術に応用したステルスダイシングについて,これまで行ってきた吸収係数の温度依存性を考慮した熱伝導解析結果を基に二次元熱弾性解析を行い,亀裂進展機構を解析した.その結果,内部き裂生成の可能性および亀裂進展プロセスを示すことができ,これまでの熱伝導解析結果から推測された内部亀裂進展に関する仮説の妥当性が示唆された.(3)単結晶ダイヤモンドのレーザ加工メカニズム解析ダイヤモンドに対して透過性であるNd : YAGレーザを表面に集光照射したアブレーション加工について熱伝導解析を行い,加工メカニズムを検討した.(a)レーザがダイヤモンド表面または表面層で吸収される場合,(b)レーザがダイヤモンド内で吸収される場合,(c)レーザがダイヤモンドの表面層および材料内で吸収される場合を扱った.その結果,(c)が実験結果を最もよく説明できることを明らかにした.本研究では,透過性のパルス発振または連続発振のレーザビームを照射することによって,誘電体や半導体などの精密微細加工を試み,加工メカニズムの解明とパラメータ制御について学術的立場から検討して産業界の要望に応えることを目的としている.本年度の主な成果は以下のとおりである.(1)ガラスのレーザスクライブにおける加工可能条件の繰り返し周波数を考慮した推定亀裂深さを予測し,最適なスクライブ条件を簡易に推定するため,繰り返し周波数の影響を考慮した有限要素法による二次元熱弾性解析を行った.その結果,引張応力の最大値を調査することで,スクライブ可能な最高速度を推定でき,最大せん断応力の最大値を調査することで,スクライブ可能な最低速度を推定できることを明らかにした.(2)ステルスダイシングの内部改質層近傍における動径方向の亀裂進展解析透過性パルスレーザをシリコン内部に集光照射した場合,吸収係数の温度依存性に起因して生成する熱衝撃波が伝播する領域は高転位密度層になると推測してきたが,熱応力解析の結果,最大せん断応力は結晶のすべりにおける臨界せん断応力より十分大きく,高転位密度化することが裏付けられた.また,高転位密度層では,レーザ照射プロセスにおいて生成したランダムな方向の亀裂群が,テープエクスパンションによる分断プロセスにおいて相互連結すること,その結果,分断後の高転位密度層表面に凹凸が生じることが示された.(3)光吸収性媒質中における超短パルスレーザの自己集束現象と温度場の解析光吸収性力-媒質中の近軸波動方程式を導出し,数値計算によって,超短パルスレーザ照射による溶融石英中の光吸収エネルギー分布を求めた.
中性子捕捉療法における硼素化合物包埋リポソームの投与法としてのCEDの有用性

BSHをリポソームに包埋することで、中性子捕捉療法用薬剤として硼素化合物包埋リポソームを作成した。これを用いて、ラット脳腫瘍モデルを用い、CED法により投薬を行い、組織中硼素濃度をICP発光分析法により計測した。本年度は、リポソームの薬物動態が臨床画像により視認可能となるよう、ヨード造影剤をBSHとともに包埋し、その有効性・安全性を確認した。正常脳に対し同薬剤をCEDにより投薬したラットは、神経学的にも明らかな障害は出現せず、投薬時の全身麻酔の影響のみであった。薬剤そのものの硬素濃度は、BNCT用薬剤として十分量が包埋できており、またこれら薬剤は、通常の臨床CT装置にて十分に検出可能であった。ラット脳腫瘍モデルへの投薬実験においては、投薬終了後、0,24,48,72時間の経過で、40,22,4,2μg/gであった。同様にトランスフェリン標的リポソームを投薬した場合には、48時間後まで38μg/gと高濃度の硼素が腫瘍組織に停滞し、正常脳との硼素濃度のコントラストは最大となった。また同薬剤の分布はCT上明瞭に描出され、投薬範囲が腫瘍をカバーできていることは容易に診断可能であった。今回得られた結果から、リポソームによる薬剤到達が、血液脳関門の存在によって比較的不利と考えられる脳実質内に、CEDを用いて投薬する手技は、安全でありかつ十分な組織薬剤濃度を維持できる有効な手法であると思われた。今回、本研究期間内に原子炉が臨時停止となり、中性子照射実験が完遂できていないが、中性子捕捉療法により十分な治療効果を発揮しうる新規約剤として有望である。安全性に関してConvection Enhanced Delivery(CED)を用い、ラット正常脳モデルに投与したところ、投与後24日後には体重が回復し、明らかな神経的異常を認めなかった。この変化は脳内にCEDと同一手技で生理食塩水を投与した場合と同等であった。BSH包理リボソームの腫瘍細胞への取り込み培養細胞はラットC6グリオーマを用い、20ppmのホウ素濃度となるよう調整したBSH、BSH包理リポソーム(Lip(BsH))、トランスフェリン(TF)標的BsH包理リボソーム(TF-Lip(BSH))に24時間暴露し細胞への取り込みをみた。BSHおよびLip-BSHはともに56μg/10^5cellであったのに対し、TF-Lip(BSH)は11と約2倍の取り込みを示した。脳腫瘍のモデルでのホウ素集積次いで、CEDを用いてラット脳腫瘍モデルにTF-Lip(BSH)を投与し、腫瘍への取り込みを観察した。CEDは10μl/30min20μl/60minの条件で行い、化合物を15μgの化合物を投与し、投与終了後24時間後に集積を測定したところ、腫瘍への集積は1216μg/gであるのに対し、同側周囲脳で13μg/gと非常に高いコントラストをもって集積させることが可能であった。また薬物分布の可視化として、リボソームにロダミン標識し、同様の手技で投与を行なったところ、リボソームは腫瘍に高集積を示し、周囲脳との明かなコントラストが得られていた。現在リボソームにホウ素化合物と造影剤を混入包理し、CTで集積動態が可視化できるように調薬中である。次年度の計画に関する準備状況次年度の準備状況は良好で、これらの結果得られた条件で毒性・安全性実験および治療実験を実際の中性子照射を行い観察する予定である。
進化心理学の理論的検討とその実証-推論および認知的性差研究を中心として

1)進化心理学の研究紹介:進化心理学という領域が導入されてまだ間もないため、この分野の理論的枠組と代表的な研究事例についての総説を、『科学』および『生物科学』誌に発表した。また、「人間性の進化的理解」という名称のメーリングリストを立ち上げ、例会(年間8回程度)、複数のシンポジウムを企画し開催した。2)推論研究:4枚カード問題(Wason選択課題)の主題内容効果に関して、内集団利他行動に着目し、協力的集団において「ただ乗り」が社会的ルール違反として検知されるかどうかを実験的に調査した。大学生と小学生を被験者として実験した結果、外集団チェックと内集団チェックの選択率の上昇が確認された。3)認知性差研究:性淘汰理論に基づく認知性差について、岩波講座文化人類学等に3編の総説を著した。実証研究としては、性的嫉妬、恋愛感情、心的回転、空間記憶について調査と実験を行った。4)殺人研究:日本の戦後の殺人に関する進化心理学分析を行い、米国人間行動進化学会で発表した。戦後日本では、20歳代の男性殺人率(通文化的に殺人率のピークがそこにあると指摘されている)が一貫して低下していること、1940-45年前後に誕生した男性の殺人率が相対的に高いこと、実母による子殺し率が諸外国より格段に高いことなどが明らかになった。近年欧米の心理学研究では、進化生物学的アプローチがクローズアップされ「進化心理学」という新領域が形成されるようになった。一方、わが国においては進化理論それ自体の普及の遅れもあり、進化的視点にたつ実証研究はこれまでほとんどなされてこなかった。平成9年度の本研究では、この内外格差を取り戻すべく、以下のような研究、研究発表、研究評価、啓蒙活動を行った。まず、実証的な研究としては、進化心理学の古典的研究ともいえる4枚カード問題(WS課題)の理論的検討を行った。Cosmidesが主張した「裏切り者発見」効果についてはすでに我々の追試でも確認済みであるが、本年度は代替的な説明の可能性を詳細に検討した。この結果は、総説論文として発表予定である。また「裏切り者」をいち早く検知する機構は、記憶課題でも作動するどうかを、囚人のジレンマを1週間間隔で繰り返して行ない選択行動を行動レベルで検討した。その結果、「裏切り者」よりも「協力者」に対して強い選択性が認められた。次に、認知的性差を検討するために、神経衰弱課題と2次元の心的回転課題の性差を実験的に検討した。前者は先行研究とは異なり性差がみられなかった。後者も3次元課題では強い性差がある被験者で性差が見られなかった。さらに、日本の殺人について統計分析と判例の分析を通じて進化心理学的に調査した。その結果、日本の殺人に通文化的パターンが見られると同時に、とくに家庭内殺人では文化固有性も認められた。これらの研究成果の一部は米国の人間行動進化学会で発表した。1997年11月に来日した進化心理学の代表研究者、Daly,Wilson両博士から研究の評価をあおいだ。啓蒙活動としては、月例の「人間の進化的理解研究会」を主宰し、同研究会のメーリングリストも発足させた。

4)殺人研究:日本の戦後の殺人に関する進化心理学分析を行い、米国人間行動進化学会で発表した。戦後日本では、20歳代の男性殺人率(通文化的に殺人率のピークがそこにあると指摘されている)が一貫して低下していること、1940-45年前後に誕生した男性の殺人率が相対的に高いこと、実母による子殺し率が諸外国より格段に高いことなどが明らかになった。
湿度・温度に依存した構造転移における単結晶構造解析システムの開発

これまで市販の装置では存在しなかった、任意の温度・湿度条件(温度:580°C、相対湿度:0100%)を連続的に設定可能とする空気吹付型の温度・湿度制御装置を開発するとともに、既存の単結晶X線回折装置に組み込み、核酸の構成単位であるヌクレオチドの水和物やタンパク質といった種々の生体分子に適用し、結晶構造の温度・湿度依存性を明らかにした。生体分子結晶等における湿度や温度に依存した水和構造の変化を、単結晶構造解析により原子レベルで解明するためのシステム開発を目指し、今年度は、湿度・温度の双方を制御した空気を発生する装置を開発し、単結晶X線回折装置に組み込んだ。また、生体分子結晶として核酸の構成単位であるヌクレオチドを用いて装置の動作検証を行うとともに、それらの湿度に依存した構造転移を以下のように新たに明らかにした。ウリジン5'-一リン酸のナトリウム塩(Na_2UMP)は、室温(25°C)下、相対湿度50%付近では7水和物として存在し斜方晶系(構造A)であるが、相対湿度を30%程度まで下げると単位格子の一軸が2倍になるとともに単斜晶系(構造B)へと変化した。さらに相対湿度を15%程度まで下げると回折データに変化(構造C)が現れた。構造Aは既に構造解析がなされているが、構造Bは本研究で新たに決定することができた。構造Cは結晶性が悪く、現段階で構造決定には至っていない。イノシン5'-一リン酸のカルシウム塩(CaIMP)は、室温下、相対湿度30%付近では報告されている6.5水和物であり、相対湿度を0%まで下げると回折データに変化が現れることが明らかになったが、単結晶状態が保持されず構造決定には至っていない。アデノシン5'-二リン酸のカリウム塩(KADP)は、室温下、相対湿度30%付近では報告されている2水和物であったが、相対湿度を0%まで下げると単結晶状態を維持して無水物に変化した。その無水物について結晶構造を明らかにした。報告者は、生体分子結晶等における湿度や温度に依存した水和構造の変化を、単結晶構造解析により原子レベルで解明するシステムの開発を目指している。温度、湿度の目標設定範囲は、温度:580°C、相対湿度:0100%である。今年度は、X線回折装置に組み込んだシステムの室温(25°C)下での動作検証を行い、生体分子結晶としてタンパク質の一種であるタウマチンの正方晶を用いて、相対湿度295%での構造変化の追跡に成功した。タウマチンは、分子量約22000、アミノ酸207残基からなり、結晶化条件により正方晶、六方晶、斜方晶、単斜晶が得られ、正方晶は湿度依存性が示唆されている。室温(25°C)下、相対湿度(rh)を95%から徐々に下げて格子定数の変化を追跡したところ、60%rh付近でa軸長が約59Åから8%程度減少(c軸長は約152から1%程度増加)するという大きな変化が見られ、その後も40%rh付近まで徐々にa軸長のみが減少することを見出した。40%rh以下では結晶性の低下により格子定数の決定には至らなかった。また、結晶の含水量は95%rhで59%程度と見積もられ、60%rhでは約14%減少、40%rhではさらに約6%減少したと推定された。既に報告されている相転移前の結晶構造では、c軸方向にタンパク質分子が蜜に配列しているのに対し、a軸方向にはタンパク質分子間に結晶水の領域が見られており、本研究で見出した格子定数の変化を解釈可能であることが分かった。本研究は、生体分子結晶等における湿度や温度に依存した水和構造の変化を、単結晶構造解析により原子レベルで解明するシステムの開発を目的としている。今年度までに、回折装置に取り付けた単結晶に温度、湿度を調節した空気を吹き付けることで、温度、湿度制御下(設定範囲;温度:580°C、相対湿度:0100%)での単結晶回折実験を実現可能とした。また、本システムを生体分子結晶である二種のタンパク質に適用し湿度依存性を明らかにした。タンパク質結晶として、トリプシン(分子量23000、残基数223)について斜方晶低密度型(含水量58%)、斜方晶高密度型(含水量47%)、三方晶(含水量40%)の3晶形、および、キシラナーゼ(分子量20800、残基数190)について単斜晶(分子量20800、残基数190、含水量38%)を用い、振動写真法により湿度依存性を追跡した。トリプシンは、相対湿度を90%付近から下げていくと、斜方晶低密度型、高密度型では相対湿度70%付近で微結晶化し結晶性が低下した。三方晶では相対湿度60%付近で単結晶性は保持しているが回折強度が弱くなり結晶性の低下が見られた。三方晶については、その後相対湿度を90%に上げたが結晶性は戻らず不可逆な湿度依存性を示した。

一方、キシラナーゼは、相対湿度を95%付近から下げると、相対湿度60%付近で結晶性の低下が見られたが、その後相対湿度を90%とすると結晶性が回復した。今回対象としたタンパク質は、乾燥により結晶性が失われるものであったが、湿潤に対して不可逆な場合と可逆な場合が存在した。
実数の特異部分集合と関数空間の局所的性質に関するScheepers予想の総合研究

(1) Cp(X)を各点収束位相をもつTychonoff空間X上の関数空間とする。Scheepers予想は関数空間Cp(X)の位相的性質と深く関係しているため, Rojas-Hernandezの提出した問題「(2014) Suppose that X isa monotonically retractablerealcompact space. Must X be Lindelof?」を解決することを試み,この問題には反例があることを示した。反例の構成には,新しいmonotonically retractable空間の構成法が使われた。この問題の動機は以下の通りである。Sokolov (1986)はKがCorson compactであるとき, Cp,n(X)はLindelofになっていることを示した。Tkachuk (2005)はSokolov空間の概念を導入し,より広いSokolov空間でも同じ結果が成り立つことを示し,「Sokolovなrealcompact空間はLindelofか?」という問題を提出した。Rojas-HernandezはD-propertyの研究からmonotonically retractable空間の概念を導入し,この概念はSokolov空間の概念より強いことを示した。Tkachukの問題から,自然にRojas-Hernandezは先に述べた問題を提出した。(2) Scheepers予想は位相空間の被覆の性質に関する予想であるため,点可算開被覆と写像に関するいくつかの問題を解決することを試み,いくつかの問題に対して解を得た。例として, Lin (2015)の問題「σ-compact-finitesn-networkはsequence-covering closed写像で保存されるか?」という問題に対して反例を構成した。Scheepers予想の解決には関数空間の位相的性質の研究、また位相空間の開被覆に関する位相的性質の研究など周辺分野の研究が必要であり、研究実績の概要で述べられていることが該当する。また、Scheepers予想に関連して、開被覆に関する位相的性質であるMenger性を関数空間Cp(X,2)に対して現在研究中であり、いくつかの結果を得つつある。現在までの進捗状況で述べたように、関数空間Cp(X,2)のMenger性の特徴づけを現在研究中であり、いくつかの結果を得ている。この研究をさらに進めてScheepers予想の研究に役立てる方針である。位相空間Xの任意有限積がMengerの被覆公理を満たすことと各点収束位相を入れた関数空間Cp(X)がcountable fan tightnessを満たすことが同値であることがArhangel'skiiによって証明されている。よって、位相空間Xの任意有限積がMengerであればCp(X)にsequential fanは埋め込まれない。このことからArhangel'skiiは、位相空間Xの任意有限積は考えずに、XがMengerという条件だけでsequential fanがCp(X)に埋め込みできないかどうかという問題を提出した(1992年)。この問題に対して、一般にCp(X)にsequential fanが埋め込めるための必要十分条件をXの位相的性質で与え、実数の零次元空間XでMengerであるが、sequential fanがCp(X)に埋め込める例が存在することを証明してArhangel'skiiの問題を解決した。またArhangel'skiiによりCp(X)がMengerであることとXが有限集合であることが同値であることが証明されているが、Cp(X)がprojectively Mengerになるのはどのようなときかを考察し、Cp(X)がprojectively Mengerになるための必要十分条件はXがpseudocompactでb-discreteであることを証明した。また、この結果を上記のArhangel'skiiの結果に応用してArhangel'skiiの証明の簡略化に利用した。更に、Cp(X,I)がprojectively Mengerになるための必要十分条件はXがb-discreteであることを証明した。研究実績の概要で述べられたMenegrの被覆公理の研究はScheepers予想で現れる被覆公理と密接に関係しており、Scheepers予想解決の一つの端緒になる。また、関数空間Cp(X)の研究はPixley-Roy超空間ともつながっており、これも何らかの応用に使えるのではないかと思われる。

例として, Lin (2015)の問題「σ-compact-finitesn-networkはsequence-covering closed写像で保存されるか?」という問題に対して反例を構成した。Scheepers予想の解決には関数空間の位相的性質の研究、また位相空間の開被覆に関する位相的性質の研究など周辺分野の研究が必要であり、研究実績の概要で述べられていることが該当する。また、Scheepers予想に関連して、開被覆に関する位相的性質であるMenger性を関数空間Cp(X,2)に対して現在研究中であり、いくつかの結果を得つつある。今年度の研究で足らXなかった部分は次年度は補いながら進める。また、従来の研究計画通り、実数の部分集合がScheepers予想の被覆公理を満たすこととsequential fanがCp(X)に埋め込めることとの位相的な違いについて考察する。現在までの進捗状況で述べたように、関数空間Cp(X,2)のMenger性の特徴づけを現在研究中であり、いくつかの結果を得ている。この研究をさらに進めてScheepers予想の研究に役立てる方針である。(理由)国際会議での滞在費に使用予定であったが、招待講演者ということで滞在費を使用する必要がなくなったため。(使用計画)国際会議参加の費用の1部に充当する予定である。海外出張が招待であったため宿泊費が免除されたこと、及び学内における業務の関係で国内外の出張ができなかったため。次年度は主に出張費、研究打ち合わせに使用予定である。
放射線被曝が動脈硬化性疾患発症に及ぼす影響

原爆被爆者とその対照からなる成人健康調査を1994-96年に受診した1,532名を2011年まで追跡し、体脂肪分布と糖尿病発生との関連を検討した。全身の二重X線吸収骨塩定量検査により測定した体組成の情報を用い、体幹部や上肢・下肢の脂肪率を算出した。体幹部の脂肪率は糖尿病発生リスクと関連していたが、下肢の脂肪率と糖尿病発症との間には負の関連が見られており、下肢の脂肪は糖尿病発生に対し保護的な影響を有することが示唆された。本研究の目的は、放射線が腹部肥満の増加等の体組成の変化を介して、糖・脂質代謝異常を引き起こし、動脈硬化性疾患の増加に関与しているという仮説を検証することである。平成23ー24年度の研究課題において、我々はすでに、放射線量と体組成(脂肪分布)との間に関連が見られることを報告しており、今回、我々の仮説の検証をさらに進めるため、放射線被曝によりみられた体組成の変化と動脈硬化リスク因子である糖・脂質代謝異常の関連性を調べることを目的とし、研究を進めた。まず、1994-1996年に広島成人健康調査に参加した1,729名について、2011年までの2年毎の血糖値などの検査値や治療情報等を含んだデータセットの作成ならびにデータクリーニング作業を行った。続いて、糖・脂質代謝のうち、まず体組成の糖尿病発症への影響を調べることを第1の到達目的とし、作成したデータセットから得られた情報を基に、糖尿病発症日を確定するため、診療記録の見直し作業を行った。これらのデータを用いた予備的解析を行った結果、放射線に関連した体組成の変化の一つである脂肪分布と糖尿病発症との間に有意な関連性を認めた。これは、我々が立てた仮説を支持する結果であり、次年度に予定しているより詳細な解析により、我々の仮説をさらに検証していく。平成23ー24年度の研究課題において、我々は放射線量と体組成(特に体脂肪分布)との間に関連が見られることを報告した。平成25ー26年度の研究課題では、引き続き我々の仮説を検証するため、放射線被曝によりみられた体組成の変化と動脈硬化リスクの一つである糖尿病発生との関連性を調べることを目的とし、研究を進めた。まず、初年度(平成25年度)に平成6ー8年に広島成人健康調査に参加し、全身の二重X線吸収骨塩定量検査により体組成を測定した約1,700名の対象者について、データセットの作成ならびにデータクリーニング作業、糖尿病発症日を確定するための診療記録の見直し作業を行った。最終年度(平成26年度)は、糖尿病の既往のあった者やリスク因子のデータの情報がなかった者などを除外した約1,500名を解析対象者とし、全軟部組織量に対する体幹部、下肢、上肢の脂肪率を算出し、これらを体脂肪分布の代用指標として用いた。体脂肪分布と糖尿病発症との関連について、平成23年まで追跡し、検討した結果、体幹部の脂肪量は糖尿病発生リスクと関連していた。一方、下肢の脂肪量と糖尿病発症との間には負の関連が見られており、下肢の脂肪量は糖尿病発生に対し保護的な影響を有することが示唆された。また、体幹部及び下肢の脂肪は肥満度と独立して糖尿病発生に関与していた。本研究結果は、平成26年度に国内外の学術集会で発表を行い、現在、海外の医学雑誌に発表する準備を行っている。疫学研究において、放射線被曝が動脈硬化性疾患やそのリスク因子の発生に関与している可能性が示唆されており、本研究は、そのメカニズム解明の手がかりとして意義深い。放射線影響研究所ホームページ研究計画書7-10広島成人健康調査対象集団における体組成に関する調査内分泌代謝学放射線被曝によりみられた体組成の変化と動脈硬化リスク因子である糖・脂質代謝異常の関連性を調べるため、データセットの更新、データのクリーニング作業を行った。続いて、付加したデータセットの情報を用い、糖尿病の診断ならびに糖尿病発症日の確定を行った。この作業には診療記録の見直しが必要であった。得られた糖尿病の診断情報を用い、糖尿病発症群と非発症群において、体幹部や下肢、上肢などの脂肪量や除脂肪量などの体組成が異なるか否かの記述学的な検討を行った。続いて、脂肪分布の糖尿病発症への影響についての予備的解析も開始した。次年度に行う予定の本解析に対する準備は完了しており、研究は当初の計画通り、順調に進んでいる。次年度は、引き続き放射線に関連した体組成の変化が糖尿病などの発症と関連するか否かについて、年齢や生活習慣、閉経等のリスク因子を調整して検討する。得られた研究成果は、国内・国外の学術集会ならびに国内外の専門誌にて報告することを計画している。

糖尿病以外の脂質異常症への体組成の影響に関しても解析を進める。また、放射線が腹部肥満の増加等の体組成の変化を介して、糖・脂質代謝異常を引き起こし、動脈硬化性疾患の増加に関与しているという仮説を検証するために、必要に応じて統計学の専門家の助言を受けることも考えている。本課題の研究成果を国外の学会で発表予定であり、その際のアブストラクト登録料(90ドル)を支払う際に、通貨による差額が生じてしまったため。次年度に使用することとなった当該助成金は、翌年度分として請求した助成金と合わせて、本課題の研究成果を国際学会で発表するために必要な旅費などに使用する予定である。
高齢者・身体障害者のための歩行空間の設計基準に関する研究

前年度における研究によって、高齢者の歩行における歩行幅やつま先の最低点高さについては若年者との歩行実験結果から差はあまりなかった。詳しくは土木学会西部支部研究発表会1997.3.にて報告している。また、車椅子利用者が、切石舗装あるいはブロック(タイル)舗装の継ぎ目に見られる段差を車椅子が通過することから生じる知覚する振動には二種類があると考えられる。一つには比較的波長の長い凹凸からくるもので、内臓共振に基づく可能性があるとされるものと、もう一つは利用者の中で脊髄損傷者で比較的高周波の振動から神経的苦痛が感じられるものである。これらの知見に基づいて、本年度は車椅子走行モデルの作成を行った。人体と車椅子を一体とした力学的モデルとして、路面の凹凸を与えて車椅子の振動を求めるもので、長周波による内臓共振は凹凸のある路面を車輪が追従する効果とタイル継ぎ目などによる微細な衝突による効果を別々に計算して合成するものである。屋外のタイル舗装路面における車椅子走行実験から得た実測値とモデルから求められた理論値を比較した。実際に車椅子が通行する路面状況として、タイルの形状・めじの間隔・タイル段差を測定を行い路面形状を決め、これらの数値をもとにモデル式を用いた計算結果と照合して、車椅子利用者の路面平滑度に対する評価を推定した。一般的な歩道や縁石の段差は健常者へは何ら困難を感じられないが、高齢者・身体障害者や車椅子利用者からすれば通行の傷害となっているケースが考えられる。本年度の研究では、高齢者・車椅子利用者の方々の御協力を得て、実験的に高齢者の歩行特性を求めた。また車椅子の走行から走行路面の凹凸による車椅子の振動を測定し、乗りごこち(不快感・苦痛など)を口頭アンケートで聞いた。歩行実験は歩行測定範囲3m区間を設けて、被験者として年齢別(60,70,80代)の男女13名、および同じ条件のもとで健常者(20代の男性)を歩行させた。ビデオカメラで足全体の動きを撮影し、歩幅、歩行速度、足の跳ね上げ角度などから足の運びの軌跡を求めた。また、同時にレーザー判別センサーを用いて足の最低点の高さを計測・記録し、つま先あるいはかかとのいずれが最低点であるかはビデオ撮影と照らし合わせて判断し、高齢者と健常者を対比し高齢者の歩行運動の特徴を定量化した。車椅子の走行実験は、大学構内の歩道と人為的な凹凸な走行路面をアクリル板の厚さ2,3mmで幅50,90mmの矩形板を作成し角に丸みをつけた。矩形板をそれぞれ50,90mmの間隔で並べた擬似路面(走行範囲1.5m)を設ける。30代(2名),40代(1名),50代(3名)の6名の男性を被験者として自走、他走による走行時の車椅子の上下振動を加速度計を用いて測定した。各走行ケースにおける被験者の走行反応を乗りごこちとして段階評価方式で口頭質問をした。路面の凹凸状況における車椅子の振動と乗りごこちとの比較評価を行った。8年度における研究によって、高齢者の歩行における歩行幅やつま先の最低点高さについては若年者との歩行実験結果から差はあまりなかった。また、車椅子利用者が、切石舗装あるいはブロック(タイル)舗装の継ぎ目に見られる段差を車椅子が通過することから生じる知覚する振動には二種類があると考えらる。

実際に車椅子が通行する歩道の路面状況として、タイルの形状・めじの間隔・タイル段差を測定を行い路面形状を決めて、これらの数値をもとにモデル式を用いた計算結果と照合して、車椅子利用者の路面平滑度に対する評価を推定した。
DNA損傷刺激によるHSF1-PARP複合体の転写制御とDNA修復機構の解明

熱ショック応答を制御する熱ショック転写因子1(HSF1)は、非ストレス条件下でも転写の活性化や抑制に働いている。HSF1はポリADPリボシル化酵素のPARP1およびPARP13と三者複合体を形成する。DNA損傷ストレス後にPARP1が自己ポリADPリボシル化され、三者複合体からPARP1は解離するが、HSF1-PARP13の相互作用に変化はなかった。よって、PARP13はこの三者複合体にPARP1を留めておくために必要であることが明らかになった。また、三者複合体はDNA損傷誘導性の遺伝子発現を制御し、さらにChIP-seq解析よりこの三者複合体がゲノムの多くの位置に存在することが分かった。これまでに、DNA損傷時にはDNA損傷領域にPARP1が集積してDNA修復因子群が動員されることで修復が進むことが知られている。興味深いことに、三者複合体が染色体上に存在することがPARP1の損傷部位への集積を促進し、相同組換え修復の効率を高めることを明らかにした。がんは、DNA異常が蓄積され発症する病気の一つである。近年、BRCA1遺伝子変異体を持つ乳がん、卵巣がん、膵臓がんや前立腺がんなどの治療ターゲットとしてPARP1が注目されている。PARP阻害剤に感受性であるBRCA1欠損乳腺腫瘍細胞でのHSF1-PARP13-PARP1複合体の役割を調べた。その結果、このBRCA1欠損乳腺腫瘍細胞の内在性HSF1をこの三者複合体形成の阻害するHSF1変異体(HSF1-T20A)に置換すると細胞増殖が抑制された。さらに、その細胞をマウスの乳腺に移植し腫瘍形成を調べると、野生型HSF1に置換した細胞に比べて腫瘍形成の抑制が見られた。以上の結果から、HSF1はがん細胞のゲノムDNAの安定性に関与し、HSF1-PARP複合体の阻害がBRCA1欠損乳腺腫瘍形成の抑制に働くことが示唆された。熱ショック応答を制御する熱ショック因子(HSF)は、非ストレス条件下でも絶えず転写の活性化や抑制に働いている。HSF1とポリADPリボシル化酵素のPARP1およびPARP13とが三者複合体を形成すること、その複合体形成がDNA損傷誘導性の遺伝子発現を制御することが分かった。非ストレス条件下で、三者複合体が多くの遺伝子発現を抑制することをDNAマイクアレイ法より明らかにした。HeLa細胞の内在性HSF1をPARP1やPARP13と結合できないHSF1点変異体へ置換すると非ストレス条件下でのGADD34やGADD45Aの発現誘導は亢進された。さらに、DNA損傷を誘導するドキソルビシン処理により、GADD34やGADD45Aの発現誘導は野生型HSF1の置換に比べ、抑制されることがわかった。GADD34やGADD45Aのプロモーター領域にはHFS1が結合するHSE領域が存在し、HSF1-PARP1-PARP13複合体が結合していることをChIP assay法より明らかにした。PARP1のノックダウンによるHSF1とPARP13のHSE領域へのリクルートには変化はなかったが、PARP13のノックダウンによりPARP1リクルートがほとんど見られなくなった。この結果より、三者複合体においてPARP13はPARP1を留めておくために必要であることが分かった。また、これらの領域にはPARP1と相互作用することが知られているHDAC1も集積していた。DNA損傷を誘導するドキソルビシン処理でPARP1は自己ポリADPリボシル化を受け、プロモーター上に存在したPARP1はHSF1-PARP13から解離して下流の遺伝子上にPARP1が再分布することで転写を亢進させることが分かった。このHSF1-PARP1-PARP13複合体のゲノム上での集積される位置を明らかにするためにChIP-seqを行った。その結果、多くの位置でこの三者複合体が存在することが確認され、DNA損傷後の遺伝子発現に関与することが示唆された。申請書に記載した研究計画通りに研究が遂行している。熱ショック応答を制御する熱ショック因子(HSF1)は、非ストレス条件下でも絶えず転写の活性化や抑制に働いている。HSF1とポリADPリボシル化酵素のPARP1およびPARP13とが三者複合体を形成すること、その複合体形成でPARP13はPARP1を留めておくために必要であることを明らかにした。今年度は、DNA損傷後にPARP1が自己ポリADPリボシル(PAR)化され、三者複合体からPARP1が解離することがわかった。非ストレス状態ではHDAC1がPARP1の自己PAR化を抑制しており、DNA損傷薬剤(ドキソルビシン)処理後にPARP1のアセチル化が亢進することで、自己PAR化の増加が確認された。そこで、HSF1-PARP13相互作用を阻害するHSF1変異体(HSF1-T20A)に置換した細胞にドキソルビシン処理を行いDNA修復効果を調べた。HSF1変異体に置換した細胞では、DNA修復因子(gammaH2AX、p53BP)の動員は減少し、コメットアッセイ解析からDNA損傷の増強を認めた。

二本鎖DNA修復の2つの修復機構(相同組換え修復、非相同末端結合)をモニターできる細胞を用い、三者複合体が染色体上に存在することがPARP1の損傷部位への集積を促進し、相同組換え修復の効率を高めることが分かった。がんは、DNA損傷の増加あるいはDAN修復機能の低下によって、DNA異常が蓄積し発症する。DNA修復因子のBRCA1の変異体は乳がん進展に関与し、PARP1活性に強く依存されていることが知られている。そこで、三者複合体がDNA修復に関与することから、BRCA1の変異体を持つ乳がん細胞での三者複合体の効果を調べた。三者複合体形成の阻害はBRCA1遺伝子に点変異を持つヒト乳がん細胞の増殖を低下させることを見出した。さらに、HSF1-T20A変異体に置換することでBRCA1遺伝子を欠損するマウス乳がん細胞の増殖、およびマウスで腫瘍形成を抑制することが分かった。HSF1-PARP13-PARP1複合体形成が、DNA損傷後に起こるDNA損傷部位への修復因子の集積に必要あることを明らかにした。さらに、この三者複合体がBRCA1遺伝子を欠損するマウス乳がん細胞の増殖、および腫瘍形成に関与することを明らかにした。この2点は、申請書の計画書に記載していた今年度の実験であり、おおむね順調に研究が遂行されている。熱ショック応答を制御する熱ショック転写因子1(HSF1)は、非ストレス条件下でも転写の活性化や抑制に働いている。HSF1はポリADPリボシル化酵素のPARP1およびPARP13と三者複合体を形成する。DNA損傷ストレス後にPARP1が自己ポリADPリボシル化され、三者複合体からPARP1は解離するが、HSF1-PARP13の相互作用に変化はなかった。よって、PARP13はこの三者複合体にPARP1を留めておくために必要であることが明らかになった。また、三者複合体はDNA損傷誘導性の遺伝子発現を制御し、さらにChIP-seq解析よりこの三者複合体がゲノムの多くの位置に存在することが分かった。これまでに、DNA損傷時にはDNA損傷領域にPARP1が集積してDNA修復因子群が動員されることで修復が進むことが知られている。興味深いことに、三者複合体が染色体上に存在することがPARP1の損傷部位への集積を促進し、相同組換え修復の効率を高めることを明らかにした。がんは、DNA異常が蓄積され発症する病気の一つである。近年、BRCA1遺伝子変異体を持つ乳がん、卵巣がん、膵臓がんや前立腺がんなどの治療ターゲットとしてPARP1が注目されている。PARP阻害剤に感受性であるBRCA1欠損乳腺腫瘍細胞でのHSF1-PARP13-PARP1複合体の役割を調べた。その結果、このBRCA1欠損乳腺腫瘍細胞の内在性HSF1をこの三者複合体形成の阻害するHSF1変異体(HSF1-T20A)に置換すると細胞増殖が抑制された。さらに、その細胞をマウスの乳腺に移植し腫瘍形成を調べると、野生型HSF1に置換した細胞に比べて腫瘍形成の抑制が見られた。以上の結果から、HSF1はがん細胞のゲノムDNAの安定性に関与し、HSF1-PARP複合体の阻害がBRCA1欠損乳腺腫瘍形成の抑制に働くことが示唆された。
運動筋への局所温熱が運動時インターロイキン６の分泌に与える影響についての検討

運動筋への局所温熱負荷が運動時のインターロイキン6(IL-6)の分泌に与える影響について7人の被験者で検討を行った。局所温熱負荷なしでの運動(EX)、局所温熱負荷下での運動(HEX)、温熱負荷のみ(H)の3条件で行われ、運動は最大酸素摂取量の60%の負荷で30分間運動を、温熱負荷は大腿部にホットパックを巻き、30分加温した。血漿IL-6は、EXでは変化なかったが、HEXでは、運動後に上昇した。またHでも温熱負荷2時間後に有意な上昇が見られた。また、4名の被験者において10週間のトレーニング前後における局所温熱負荷下でのIL-6の応答を比較検討したが、明らかな変化は見られなかった。平成24年の予備研究により、運動負荷を最大酸素摂取量の60%で30分間で運動を行う事で、運動筋の局所温熱負荷でIL-6を誘導でき、かつ温熱負荷なしではIL-6分泌がないことが予想され、そのプロトコールで研究を行った。被験者は7名で、年齢26.7±0.6歳、体重64.2±0.8kgであり、それぞれの条件を5日以上空けて1)局所温熱をかけながら運動(温熱運動)、2)温熱負荷なしの運動(運動)、3)温熱負荷で運動なし(温熱)の3条件を5日以上空けて、全員で行った。運動負荷は1時間の安静後、最大酸素摂取量の60%の負荷強度で運動を行い、1)では、運動中に電気式ホットパックで大腿部に局所加温を行った。2)は電気式ホットパックは装着するが、加温を行わず、3)では、安静座位を保ったまま、大腿部の加温のみを行った。研究中は深部体温として食道温をまた大腿部の皮膚温を測定し、心拍数、血圧も測定行った。採血は負荷(運動and/or温熱)前、負荷後、負荷2時間後で行った。研究中、運動で心拍数と収縮期血圧は、有意に上昇し、運動後2時間で運動前の状態に回復した。深部体温は温熱運動、運動、温熱ともに有意な変化は見られなかった。大腿部は、3条件とも運動、温熱負荷の後上昇し、その後も低下はしたものの負荷開始前に戻らずに経過した。血液は採血後、血算の分析とその他、直ちに遠心し、血清と血漿に分注し、-45°Cで冷凍保存している。単球は、研究中明らかな変化は見られなかった。冷凍保存している血漿と血清は、近日業者にカテコラミン3分画、ミオグロビン、CK、CRP、TNFα、IL-6、IL-10などの分析を行う予定である。運動誘発の筋由来インターロイキン6(IL-6)は一般的に糖代謝、脂質代謝を改善させるといわれている。しかし、IL-6を誘発させる運動は、高強度、運動時間が長時間と実際の糖尿病や生活習慣病をもつ患者(高齢で運動習慣がない)には運動療法として応用できないのが現実である。われわれの研究室では、20分間の全身温浴がIL-6を上昇させることを報告した。そこでこの研究では、実際に運動する筋に局所温熱負荷を与えることによってIL-6を誘導する運動の負荷軽減、時間短縮が図れないかを解明する。今年度ではまず、局所温熱でIL-6が誘導されるかを検討する。高齢者に行う運動負荷はVO2max60%が妥当であり、IL-6誘導には過去の報告から考慮しても30分以上の運動は必要と思われる。今年度の研究では、30分の局所温熱負荷によってIL-6が誘発されるかを検討する目的で、VO2max60%の運動負荷強度で20分、30分の運動を電気式ホットパックで両大腿部に局所温熱負荷した条件としない条件で運動で行って、IL-6濃度の変化を運動前と運動後2時間で検討した。若年男性3名ずつ(異なる被験者)で測定を行った。20分の運動では、運動のみで1.2pg/mLから1.9 pg/mLに、運動+局所温熱でも0.7pg/mLから1.6pg/mLと大きな変化は見られなかった。それに対して、30分の運動では、運動のみでは、2.7pg/mLから2.2pg/mLと変化なかったのに対して、ホットパックしながらの運動では、1.6pg/mLから5.5pg/mLと3.4倍に上昇した。これによりVO2max60%の運動負荷強度で30分運動であれば、局所温熱負荷時のみにIL-6を誘導するのに十分な運動負荷であることが分かった。今後来年度には、本格的な測定を開始するとともに局所温熱で安静のデータも合わせて測定して行く。昨年度までの研究で、局所温熱負荷下で最大酸素摂取量の60%で30分の運動を行うと温熱負荷なしでは、IL-6が増加しないのに対して、局所温熱負荷下では、IL-6が誘導されることが分かった。そこでその負荷で局所温熱負荷下トレーニングを行うことによって、先行研究で見られるようなトレーニングによる安静時のIL-6の低下や運動負荷によるIL-6分泌反応の減弱が見られるかを明らかにするため研究を行った。当初週5回で10週間のトレーニング予定であったが、被験者が関係で、週3回のトレーニングに変更して、トレーニング研究を開始している。