hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
プロテアゾームからみたLewy小体形成とドーパミンニューロン死の関係

ミトコンドリア複合体I阻害薬として,1-methyl-4-phenylpyridinium ion (MPP^+)およびrotenoneを用いて,プロテアソーム活性を測定したところ、低用量でプロテアソーム活性が増大した。ついでドーパミンニューロン死とプロテアソーム活性との関係を検討したところ,プロテアソーム活性が増大する条件ではドーパミンニューロン死が促進され,活性が低下した条件ではドーパミンニューロン死が抑制され,ミトコンドリア複合体Iの活性低下が神経細胞死を引き起こす機序の一つがプロテアソーム活性の増大であることが示された。プロテアソーム活性を抑制した条件ではドーパミンニューロン内にユビキチン陽性,αシヌクレイン陽性封入体が形成され,この点からは封入体形成とドーパミンニューロン死はプロテアソーム活性の点で対極的な現象である可能性が示された。また,ドーパミン合成酵素であるチロシン水酸化酵素を阻害するとrotenone誘発ドーパミンニューロン死が阻害されること,プロテアソーム活性の増大を抑制されることも示された。これらの点より,ミトコンドリア複合体I活性低下によるプロテアソーム活性増大には,ドーパミンニューロンに含有されたドーパミンが関与していることが推定された。
極低温で異常熱電現象を示す物質の伝導および熱物性マルチ測定

本研究の目的は,1.極低温域熱電能S・熱伝導κの測定を中心とした,1K以下にいたる極低温域の諸物性測定を行うシステムの構築・改良を行うこと,2.極低温城で異常な熱電特性をもつ物質の探索とその物性を調べることであった.当該研究期間を終えて,測定システムの構築・改良を行い,測定ができるようになったものは,(1)0.1Kから室温までの熱電能・熱伝導測定システム,(2)0.7K30Kまでの高圧力下比熱測定システム,(3)0.1Kから200Kまでの精密比熱測定システム,(4)0.05Kから室温までの精密電気抵抗測定システムである.これらのシステムと既存の測定システムを用いて,希土類系f電子化合物の物性測定を行い,以下の成果を得た.1.重い電子系Ce(Ni,Pd)_2Si_2の非フェルミ流体的ふるまいが現れる0.15K10Kの温度範囲において,電子比熱係数γと,熱電能と温度Tの比S/Tとの間の密接な相関を見出した.2.価数転移物質(Yb_<0.8>Y_<0.2>)InCu_4の圧力下磁化測定で見出された2Kの圧力誘起強磁性転移を比熱測定によって,バルクの性質であることを実証した.3.価数揺動物質系EuPd_2Si_2の等体積希釈系に対する精密比熱測定,電気抵抗測定等により,その価数揺動メカニズムを単サイト・インターサイト起源に分離した.また,この希釈系での低温領域において電気抵抗と比熱に近藤効果様のふるまいを見出した.現在,PrFe_4P_<12>をはじめとしたPr化合物に注目しながら極低温域の熱電能を測定,研究を行っている.一方,熱伝導測定に関しては,熱電能測定と同時にデータそのものは得られてはいるものの,断熱状態に若干の不安要素があり,定量的な議論が十分行える段階にないが,問題を解決して早期の成果発表を目指したい.本研究の目的は,1.極低温域熱電能S・熱伝導κの測定を中心とした,1K以下にいたる極低温域の諸物性測定を行うシステムの構築・改良を行うこと,2.極低温城で異常な熱電特性をもつ物質の探索とその物性を調べることであった.当該研究期間を終えて,測定システムの構築・改良を行い,測定ができるようになったものは,(1)0.1Kから室温までの熱電能・熱伝導測定システム,(2)0.7K30Kまでの高圧力下比熱測定システム,(3)0.1Kから200Kまでの精密比熱測定システム,(4)0.05Kから室温までの精密電気抵抗測定システムである.これらのシステムと既存の測定システムを用いて,希土類系f電子化合物の物性測定を行い,以下の成果を得た.1.重い電子系Ce(Ni,Pd)_2Si_2の非フェルミ流体的ふるまいが現れる0.15K10Kの温度範囲において,電子比熱係数γと,熱電能と温度Tの比S/Tとの間の密接な相関を見出した.2.価数転移物質(Yb_<0.8>Y_<0.2>)InCu_4の圧力下磁化測定で見出された2Kの圧力誘起強磁性転移を比熱測定によって,バルクの性質であることを実証した.3.価数揺動物質系EuPd_2Si_2の等体積希釈系に対する精密比熱測定,電気抵抗測定等により,その価数揺動メカニズムを単サイト・インターサイト起源に分離した.また,この希釈系での低温領域において電気抵抗と比熱に近藤効果様のふるまいを見出した.現在,PrFe_4P_<12>をはじめとしたPr化合物に注目しながら極低温域の熱電能を測定,研究を行っている.一方,熱伝導測定に関しては,熱電能測定と同時にデータそのものは得られてはいるものの,断熱状態に若干の不安要素があり,定量的な議論が十分行える段階にないが,問題を解決して早期の成果発表を目指したい.本研究の本年度研究目的として掲げたものは1.新設装置を用いた測定系の整備,2.既存設備を用いた強相関電子系の磁性を調べるための種々の測定,3.純良多結晶・単結晶の作成と評価と大別される。このうち,1の測定系の整備に関しては,新設装置の納入時期がずれ込み当初の予定より進行が遅れがちであるが,現在希釈冷凍機を用いた極低温領域の熱電能と熱伝導を測定するための測定系の立ち上げを鋭意行っている。熱電能測定系に関しては,現有の装置であるが,トラブルが若干生じていたためその修理を行っていたが,間もなく極低温熱電能測定が再開される見込みである。2の既存設備を用いた強相関電子系の磁性研究に関しては,CeNi_2Ge_2の磁気比熱を0.4K200Kの広い温度範囲で精密に測定し,これまで得られなかったこの物質の結晶場分裂状態を明らかにし,加えて極低温で示す非フェルミ液体のメカニズム解明の糸口となり得るふるまいを観測できた。また,(Yb_<0.8>Y_<0.2>)InCu_4の圧力下の極低温電気抵抗を測定し,2K近傍で圧力誘起強磁性の発現の兆候を捉えることができた。これら物質をはじめとした研究成果は現在印刷中である学術論文に掲載される。

特に上記Yb化合物では,現在0.5K10Kの範囲の圧力下比熱の測定が進行中であり,間もなくその結果が得られ,電気抵抗で観測された強磁性がこの物質の本質的特性であることを明確にすることができると期待される。さらに1における交流電気抵抗測定が行われるようになると,現在の感度でははっきり捉えられなかった微細な異常がクリアに観測することが可能となるため,これを用いた測定の一刻も早い開始を目指したい。3の純良試料の作成に関しては,当グループは以前より安定した技術を保持しており,引き上げ法による単結晶育成を始め,フラックス法を用いたYb系スクッテルダイト化合物やEu系価数揺動化合物の単結晶作成を試みている。また希土類を含む新物質の探索も平素より継続して行っており,近々その成果も出てくるものと期待される。本年度は,1K以下の熱電能S・熱伝導κの同時測定システムの開発・改良を主とした極低温域の輸送・熱物性研究の展開を目指して研究が進められた.S・κ測定システムの立ち上げ・改良は本年度半ばに完了したが,全投入熱量が試料に伝わることが不可欠なκ測定では,測定系のリード線などからの熱散逸の制御が難しく,現在さらに改良を進めている.Sに関しては,昨年度来のシステムトラブルが解決でき,国内唯一の技術を有する同システムの改良を進め,高精度測定が可能になった.特に,量子磁気揺らぎによる磁性異常を示すCeNi_2Ge_2系のSを0.15Kまで測定し,電子比熱係数γの降温に伴う増大と同様なS/T(Tは温度)の対数的増大を見出したことが大きな成果の一つである.この成果は平成16年12月開催の日本物理学会北陸支部会(富山大学)において発表され,さらに本年7月開催の「強相関電子系に関する国際会議(SCES'05:ウイーン工科大)」において発表予定である.また,東京都立大と連携の「スクッテルダイトPr化合物極低温域熱電特性」研究も昨秋から始まっている.その他,価数転移系Yb・Eu化合物の純良単・多結晶を用いた極低温電気抵抗・熱容量測定,高圧力下極低温電気抵抗・帯磁率・比熱測定システムの構築・改良が計画に従って行われ,平成16年9月開催の日本物理学会秋大会(青森大学)では,それらの研究成果発表を行った.価数転移系(Yb_<0.8>Y_<0.2>)InCu_4において,圧力下磁化測定で見出した2Kでの弱強磁性を圧力下比熱測定によって実証したこと,価数変動系EuPd_2Si_2の精蜜比熱測定により,その価数変動メカニズムを単サイト・インターサイト起源に分離できたことなどがその成果である.これらの測定を通して,各測定システムの測定量の信頼度が向上してきたので,今後は対象物質の範囲を拡げ,さらなる発展を目指す.
マーモセットの社会学習におけるミラーニューロンシステムの役割

内因性光計測法をマーモセット大脳皮質に適用し、上側頭溝において他者行動を表現する領野を可視化した。これは行動の目的をコーディングしている可能性があることがわかった。行動目的の情報の入力源を調べるため、イボテン酸を眼窩前頭皮質を含む領域に注入し、注入前後の上側頭溝皮質の細胞活動を記録した。その結果、一部の細胞はイボテン酸注入後に細胞活動が減少することが分かった。また動物の行動量を定量的に調べるため、動画から運動情報だけを取り出すアルゴリズムの開発に成功した。これらにより、マーモセットにおけるミラーニューロンシステムのメカニズムを様々な手法により調べることができるようになった。マーモセットは社会性に富む霊長類モデル動物であり、模倣学習や利他行動を行うことが知られている。本研究ではミラーニューロンシステムの模倣学習・利他行動における役割について、マーモセットを用いることにより調べる。これまでに、生体内神経結合イメージング法・多電極記録法によって、マーモセット腹側運動前野にミラーニューロンが存在することがわかっている。本研究ではさらに薬理学的操作等の手法を組み合わせることにより、マーモセットのミラーニューロンシステムを操作し、それにより模倣学習・利他行動がどのように変容するのか検討する。本年度はミラーニューロンシステムを効率的に同定するために機能イメージング法の一つである内因性光計測法を導入し、マーモセットの上側頭溝皮質に適用することに成功した。その結果、単純なランダムドットモーション刺激やマーモセットのバイオロジカルモーション刺激を提示すると、多数の上側頭溝領域に光学的反応が認められた。さらに単純な運動刺激ではMT野などより尾側の上側頭溝領域にのみ反応が観察され、ミラーニューロンシステムの一部をなす上側頭溝皮質の領域ではより複雑なバイオロジカルモーション刺激によってはじめて反応した。機能イメージング法の導入により、ミラーニューロンシステムを構成する神経回路をより正確に、効率よく同定できる可能性が開けた。また、行動実験に用いる防音室、行動統制システムなどのセットアップも行った。マーモセット・ミラーニューロンシステムの一部である上側頭溝皮質領域(STS)に機能イメージング法(内因性光計測法)を適用し、他者行動に対して強く反応する領域を視覚化した。さらにその入力領域と考えられるMT野などの複数領域を、レチノトピー構造やランダムドットモーション刺激応答性などの性質を用いることにより、視覚化することができた。これらのミラーニューロンシステムのSTS領域とその入力領域の細胞の反応特性の違いを電気生理学的に確認した。他者行動に対する反応がミラーニューロンの特性の一つであるが、そのメカニズムを明らかにするために、バイオロジカルモーション刺激作成の新しいアルゴリズムを開発した。このアルゴリズムによる視覚刺激を用いて、マーモセットのSTS領域から細胞反応を記録した。本実験結果を解析することより、他者行動に対する反応の生成メカニズムを明らかにできることが期待される。マーモセットは溝の少ない滑らかな大脳皮質を持っている。この特徴を生かし、これまでミラーニューロンシステムの神経回路網の一部を機能イメージングによって同定することに成功した。また、さらに同様の手法を用い、ミラーニューロンシステムへの入力領野も確認できるようになった。ミラーニューロンシステムに対し、どのような情報が入力されているのかを知ることはミラーニューロンの生成メカニズムを知るうえで重要であることから、これら二つの領野の細胞反応を電気生理学的に特定した。そのために必要な刺激も開発することに成功した。これによりミラーニューロンの役割を理解がより深まるものと考える。マーモセット・ミラーニューロンシステムの入力層である上側頭溝皮質領域(STS)の情報処理過程を電気生理学的手法と機能イメージング法を用いて明らかにすることによってミラーニューロンシステムの機能的役割を理解する。まず、STSの一部の領野(FST野、FSTv野)の細胞が他個体の行動の目的を表現していることを示した。摂餌行動動画に対する細胞反応は行動により餌がなくなる(餌を取る)という文脈で最も強くなり、餌が現れるなどの不自然な文脈ではあまり反応しなかった。この結果はSTSが自然な行動目的を表現していることを示唆する。次にSTSに機能イメージング法(内因性光計測法)を適用し、機能構造を調べた。さらに解剖学的構造を基にSTSの領野の境界を再構築し、機能構造上にマッピングした。これにより、レチノトピー構造やランダムドットモーションに反応する領域、他者の行動動画に対して強く反応する領域が解剖学的領野と直接比較できるようになった。マーモセットが生きた状態で複数の領野を同定することができるため、ミラーニューロンシステムの機能的役割を精密に調べることができるようになった。最後に自然動画から動き情報だけを抽出するアルゴリズムを開発した。これによりマーモセットの動画からバイオロジカルモーション刺激を作成することに成功した。このアルゴリズムを用いてマーモセットの摂餌行動動画から運動情報のみを抽出したバイオロジカルモーション動画を作成し、STSの細胞反応を調べるとFST野、FSTv野では動画の局所的な運動ではなく、行動している個体全体の動き情報を表現していることがわかった。ミラーニューロンシステムの入力層であるSTSの視覚領野を機能イメージング法により同定した。また、STSの一部の領野が他個体の行動目的を表現する可能性があることを機能イメージング法、電気生理学的手法により示した。この領野は行動の局所的な動きではなく、個体全体の動きを表現している可能性も示すことができた。これらの結果によりミラーニューロンシステムの、特に入力層における情報処理過程の一端を明らかにすることができ、社会的役割を調べる行動実験のパラメタを決定するのに有用な情報を得ることができた。

これまでの我々の研究から上側頭溝高次視覚野の細胞が他個体の行動目的をコーディングしていることがわかってきている。その神経メカニズムを調べるためにインプット領域として考えられる前頭葉の破壊実験を行った。神経細胞を不可逆的に破壊するイボテン酸を、眼窩前頭皮質を含む大きな領域に注入し、注入前後の上側頭溝皮質の細胞活動を記録した。その結果、上側頭溝皮質の一部の細胞はイボテン酸注入後に細胞活動が減少したことが分かった。さらに組織学的な実験により確かにイボテン酸がターゲット領域に注入されていることを確認した。しかし、その減少が報酬に関する情報を反映しているものかどうかを検討するにはムシモル等を用いた実験がさらに必要である。上側頭溝高次視覚野にどこから報酬に関する情報が送られているのかを調べるために全脳に留置した96チャンネルECoG実験を行った。覚醒状態のマーモセットの前で、ヒトが餌をとったり、とるふりをしたりする演技をすることで応答がどう変化するかを調べた。またマーモセットの行動ビデオから運動情報だけを抜き出すアルゴリズムを作成した。これによりマーモセットの複雑な運動情報を反映する視覚刺激を作成し、上側頭溝高次視覚皮質の細胞反応を調べた。研究期間内では社会行動課題を行わせるまでには至らなかったが、マーモセットにおけるミラーニューロンシステムのメカニズムを様々な手法により調べることができるようになった。今後その機能的役割を検討する研究するうえで、重要な貢献ができたものと考える。内因性光計測法をマーモセット大脳皮質に適用し、上側頭溝において他者行動を表現する領野を可視化した。これは行動の目的をコーディングしている可能性があることがわかった。行動目的の情報の入力源を調べるため、イボテン酸を眼窩前頭皮質を含む領域に注入し、注入前後の上側頭溝皮質の細胞活動を記録した。その結果、一部の細胞はイボテン酸注入後に細胞活動が減少することが分かった。また動物の行動量を定量的に調べるため、動画から運動情報だけを取り出すアルゴリズムの開発に成功した。これらにより、マーモセットにおけるミラーニューロンシステムのメカニズムを様々な手法により調べることができるようになった。本研究ではミラーニューロンシステムを構成する神経回路網を同定し、神経薬理学的手法やOptogeneticsを用いて細胞反応を操作する手段を確立しなければならない。そのため、これまでは電気生理学的手法を用いて他者行動に対し強く反応する領域をマーモセット上側頭溝で探索していたが、電極を刺入する領域に制限があるため正確性と効率性に難があった。これを解決するために本年度は機能イメージング法の一つである内因性光計測法の導入を試み、成功した。
小笠原諸島の自然再生における保全遺伝学的問題に配慮した植栽手法の研究

小笠原諸島は独自性の高い生物相を有するが、その自然環境は過去の開発や侵略的外来種の影響により荒廃しつつある。劣化した自然環境を再生させるために在来樹を植栽する際は、地域集団の遺伝的変異を攪乱しないよう種苗配布区域の選定を慎重に考慮しなければならない。本研究では数種の植栽候補種を対象に、核DNAマイクロサテライトマーカーを用いて集団遺伝学的解析を行った。その結果、多くの樹種は列島間や島間で遺伝的に分化していたが、シマホルトノキなど一部の種においては、同一島内の異なる環境条件下で遺伝的分化が認められた。また、種苗の配布区域を選定する際には、階層的な分子分散解析が役立つことを示した。侵略的外来種による植生の破壊や変質が問題となっている小笠原諸島では、外来生物の駆除に加えて、森林生態系の修復・再生を促進するため、在来樹の植栽を伴う保全事業が検討・実施されている。しかしながら海洋島の植物は、島内の集団間で遺伝的に分化するなど、複雑な遺伝構造が認められることが多い。従って、このような地域における植栽は、長い歴史をかけて形成されてきた集団構造を撹乱するおそれがある。本研究は、小笠原諸島における在来樹種の集団遺伝学的解析や植栽シミュレーションを行い、進化的な観点から重要な地域における植栽の適否や手法に関するガイドラインを提案し、適正な保全・自然再生計画に直接的に貢献することを目的とする。平成23年度は、小笠原在来の広分布種9種を第一次候補種として、遺伝マーカー(核DNAマイクロサテライト)の開発を行った。タコノキやモモタマナ、テリハボク、ヒメツバキ、シマホルトノキ、ヤロード、センダンは、目標としていた10遺伝子座以上で多型性のある有効なマーカーを開発することができた。シャリンバイとアコウザンショウは、マーカーを設計したが多型性の確認はまだ出来ていない。これらの種群について、小笠原諸島全域から様々な環境を網羅するように集団を選定し、DNA抽出用の葉サンプルを収集した。マーカー開発が終了した種群は、各個体の遺伝子型の決定を進めている。侵略的外来種による植生の破壊や変質が問題となっている小笠原諸島では、外来生物の駆除に加えて森林生態系の修復・再生を促進するため、在来樹の植栽を伴う保全事業が検討・実施されている。従って、このような地域における植栽は、長い歴史をかけて形成されてきた集団構造を攪乱するおそれがある。平成25年度は、新たにアカテツとシマザクラの遺伝マーカー(核DNAマイクロサテライト)を開発し、小笠原諸島全域からDNAサンプルを収集し、集団遺伝学的解析を行った。また集団遺伝学的解析がほぼ終わった植物種について、種苗配布区を以下の4段階の分割案に分けてAMOVA解析を行った:1列島ごとに分割、2島ごとに分割、32+父島の遺伝構造に配慮した分割、43+母島の遺伝構造に配慮した分割。その結果、区域間遺伝分散の割合が、分割案が細かくなるにつれて高くなる分類群(ヤロードなど)と、いずれも分割案でも一定の分類群(シャリンバイなど)が見られた。後者は前者に比べて集団間の遺伝的分化が少なく、集団間の遺伝子交流が頻繁に生じていると予測されることから、植栽対象種としては後者のような分類群を使用する方が望ましいと考えられる。また一方で、集団遺伝学的解析を進めていたヒメフトモモは倍数性も関与していることが明らかとなり、このように非常に複雑な集団構造を持つ分類群は、植栽しない選択肢を含む慎重な検討が必要と思われる。

平成24年度は、前年度に遺伝マーカー(核DNAマイクロサテライト)を開発した広分布種のうち、ヒメツバキ・ヤロード;・シマホルトノキ・センダン・オガサワラビロウ・タコノキ・モモタマナ、シャリンバイについて、小笠原諸島全域から様々な環境を網羅するようにDNAサンプルを収集し、各個体の遺伝子型を決定した。そして、これらのデータを元に集団の遺伝的多様性の程度(Na、Ne、Ho、He、Fis)や集団間の遺伝的分化(Gst、Fst)などについて、基本的な解析結果をとりまとめた。ヒメフトモモなど一部の分類群についてはマーカー開発が終了し、集団遺伝学的解析を進めている。当初目標としていた9種のうち7種について有効なマーカーを開発し、父島列島と母島列島の全域から集団サンプリングをすることが出来た。また収集したサンプルの半分以上は既に遺伝子型を決定しており、ほぼ目標は達成したと考えている。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初目標としていた9種のうち8種について、小笠原諸島のほぼ全域から集団サンプリングして遺伝子型の決定が終了した。昨年度の課題であったGISデータの処理に関しては、専門家の協力を得て、植生や地形などの環境条件との関連性を一部の種について試験的に解析を行うことができ、ほぼ目標を達成しつつある。当初目標としていた植生や地形などの情報をもとにした環境類型区分は、GISソフトウエアの扱いに不慣れなためにやや遅れているが、現在、GISの専門家からの指導を受けながら技術的な問題を解決するよう努めている。今年度中に目標としていた9種の集団遺伝構造の解析が完了する予定である。最終的な目標である植栽シミュレーションは、技術的な問題で滞っているため、他の専門家に相談しながら打開策を模索している。
IP3シグナルが関与するグリア細胞内外のpH応答の機能解析

1)ヒトにおいて、NBC1の新しいスプライシングバリアント(bNBC1)を発見した。C末端がpNBC1やkNBC1と異なるbNBC1についてはヒトでは報告されていなかった。bNBC1は予想通りpNBC1と同様にIRBITが結合し、その活性を上げた。2)bNBC1を認識する抗体を作製した。免疫染色を行い脳内における分布を調べた。3)IRBITのホモログ(Long-IRBIT)について解析した。N末端に余分な特異的配列を持つIRBITのホモログである。しかしNBC1の活性増強作用はほぼ無かった。そこでLong-IRBITのN末を削ったミュータンを作製したところ、IRBITに長さを近づけるほどNBC1の活性が生じそれが増した。Long-IRBITに特異的なN末がNBC1の活性増強を妨げていると考えられる。4)マウス脳抽出物を用いてIRBITやLong-IRBITとのbNBC1相互作用を調べた。IRBITやLong-IRBITが内因性のNBC1活性調節因子として機能していることが強く示唆された。今後、免疫染色を行い脳内における分布を調べる。そこでLong-IRBITのN末を削ったミュータンを作製したところ、IRBITに長さを近づけるほどNBC1の活性が生じ、それが増した。今のところLong-IRBITに特異的なN末がNBC1の活性増強を妨げていると考えられる。今後はIRBITやLong-IRBITとNBC1の詳細な分布を調べ、IRBITやLong-IRBITが内因性のNBC1活性調節因子となり得るかどうかを調べる。またIRBITによって活性が出るbNBC1の生理的意義も追求していく予定である。2)bNBC1を認織する抗体を作製した。
鉛直シアー場における台風発生過程の雲解像3次元モデルを用いた研究

Bister and Emanuel(1997,以下BE)が提案した初期渦形成メカニズム、すなわち層状降水の蒸発に伴う冷却による渦生成が鉛直シアー場で実際に起こりうるかを確かめるため、暖かい雨パラメタリゼーションを導入した3次元湿潤大気モデルを開発し、系統的なパラメータ数値実験を行った。モデルには線形な西風シアーを導入した。シアーの大きさは地上と高度15kmの風速差が0,20,40m/sとした。またBEが行ったように、高度5kmにおける円形領域の雨水混合比を36時間一定とすることで層状降水を強制した。降水域の半径と降水強度は、BEが行った感度実験を参考にそれぞれ3通り変化させ、計37通りのパラメータ実験を行った。その結果、シアーがない場合、雨滴の蒸発に伴う冷却の強度は雨域の周辺部で強く、中心部で弱いことがわかった。また、雨の降り始めではほとんどの雨滴が高度2km以上で蒸発しており、それ以下の高度領域では冷却が起きない。時間の経過とともに対流圏中層が湿ってくると、雨滴が地上付近にまで達するようになり、地表でも冷却が起こり始めることがわかった。シアーがある場合、冷却の強度が風下側よりも風上側で強いことがわかった。さらに、降水強度が小さい場合、シアーの存在にかかわらず冷却が地表付近で起きないことがわかった。渦の接地の可否を、地上付近での最大渦度など客観的な指標に基づいて判定した結果、降水強度が弱く、雨域の半径が小さく、シアーが大きい場合ほど渦が接地できないことがわかった。なお、降水強度が弱い場合はシアーの有無にかかわらず、すべての場合で渦が接地しなかった。Shear Index(SI)を実験結果に適用した結果、SI>3の場合に渦が接地しないことがわかった。この結果から層状降水の蒸発に伴う冷却による初期渦形成は、現実大気中でも十分に起こりうると考えられる。鉛直シアー場での層状降水の蒸発による渦生成の可否が、これまでに導出した無次元パラメータShear Index(SI)で判定できることをより確固たるものにする目的で、層状降水の蒸発による冷却を強制した数値実験結果のより詳細な解析を行った。まず流跡線解析によって、対流圏中層で形成される渦度を伴った空気塊がどのような経路をとって地上へと降下しているのかを調べた。その結果、3次元の流れ場であっても空気塊は下降しつつ基本場の流れによって水平方向に吹き流されるという、SIを導出する際に用いた作業仮説が妥当であることが確認できた。渦度収支解析を行った結果、冷却域内で低気圧性の渦が上方から生成されることとの相乗効果によって、西風鉛直シアー場では、tiltingによる負の渦の生成が冷却域南端でのみ持続することがわかった。このようにして形成された、冷却南端に局在する負の渦度に伴う流れによって、冷却域内では鉛直シアーが局所的に小さくなっていることが確かめられた。このことは、冷却に伴う渦生成がシアーに耐える機構を自ずと持っていることを示唆している。この機構は、SIの導出の際にはまったく考慮されていなかったため、SIの導出の再検討を行った。その結果、この効果を採り入れたSIはこれまで用いてきたSIよりも数割小さいものとなり、地表への渦の伸長の可否を決めるSIの値は1.5-2となることがわかった。この結果はパーセル法による考察から期待される値とよく一致する。以上の結果は、現在投稿準備中である。また今年度は来年度に行う数値実験の準備として、3次元乾燥大気モデルへの温かい雨の雲物理過程の導入を完了し、テスト計算を行った。
金属ポルフィリン錯体を用いた光化学的二酸化炭素固定による高エネルギー物質の合成

本研究は、クロロフィルの基本骨格と類似の構造を有する金属ポルフィリン錯体を合成し、これを、二酸化炭素を直接原料とする合成反応に利用し、可視光のエネルギーにより新しい高エネルギー物質の合成法を開発することを目的としている。我々は、アルミニウムアミドのポルフィリン錯体(i,x=NR_2)がケトンのα-水素を引きぬき、相当するアルミニウムエノラートのポルフィリン錯体を与えることをすでに見いだしているが、本年度はこの知見を基に、エノラート錯体と二酸化炭素の反応により有機合成反応の前駆体として重要なβ-ケトカルボン酸の合成を試みたところ、N-メチルイミダゾール等のルイス塩基の存在下、可視光を照射することにより目的反応がすみやかに進行することを見いだした。この反応は、N-メチルイミダゾールが共存しないと可視光を照射しても全く起こらない。さらに、N-メチルイミダゾールが共存しても暗所下ではほとんど進行せず、可視光のエネルギーが本質的に重要であることが結論された。生成物は、反応終了後、系にHcl/MeoHを添加することでβ-ケトカルボン酸の形で単離され、さらにこれはトリメチルシリルジアゾメタンと反応させることにより、より安定なエステルの形に転換が可能であった。
幹細胞ホーミングとナノ高次構造スキャホールドによる新規骨再生療法

ここ数年、組織工学的手法を用いて組織再生を行った際、移植された幹細胞が果たす役割は、オートクラインではなく、パラクライン効果ではないかと考えられるようになってきた。すなわち、移植幹細胞自体が移植先の組織を形成する細胞に分化して組織再生に関与したのではなく、場に応じた宿主幹細胞の遊走、増殖、分化を促す生理活性物質を移殖幹細胞が産生し、間接的に組織再生に関与している可能性が示唆されるようになってきた。この、宿主幹細胞が目的とする部位に遊走することをホーミングといい、最近特に注目されている。生体内の各所に散在する幹細胞にはそれぞれ遊走を促す生理活性物質があるとされており、組織の欠損部位にその物質を投与することで、細胞を移植することなく宿主幹細胞を誘導することが可能となると考えられている。同時に細胞増殖、分化誘導を促進する物質を投与できれば、より効率の良い組織再生が可能になるといえる。今回我々は、ヒト骨髄由来幹細胞から培養上清を回収、凍結乾燥によって粉末化し、その成分の解析、幹細胞への影響、骨再生法の開発、検討を行った。この粉末化した培養上清にはIGF-1、VEGF、TGF-β1、HGFなど多くの生理活性物質が含まれており、培養中の幹細胞の培養液に添加すると、増殖能、遊走性ともに向上することが認められた。アガロースゲルやコラーゲンを担体として、ラットおよび犬の骨欠損モデルに移植することによって、幹細胞が移植部位に誘導されること、さらに骨再生が行われることも確認された。以上の結果から、幹細胞は実際に、宿主幹細胞の遊走、増殖、分化を促す物質を産生、分泌しており、その回収け非常に簡便で侵襲度が低ぐ、移植までの期間も短縮可能な、新たな骨再生療法に応用しうる可能性が示唆された。
プラズマを用いた粒子加速器に関する総合的研究

本研究計画は過去3ケ年継続され、今年度はそのまとめの年度であった。研究計画は主に次の課題について実行された。すなわち、(1)「大振幅プラズマ波動と粒子との相互作用」およびプラズマ(2)「分布関数の制御」等の基礎的研究、さらに(3)「新方式プラズマ利用加速器およびプラズマレンズ効果」、及び(4)核融合プラズマの「電流駆動と補助加熱」に関する研究等であり、それらの基礎現象の詳細な解明と新しいプラズマ物理学の分野を開く基礎固めを行うことであった。そのために、大振幅波動の高効率励起、その計測法、及び波による粒子捕捉現象に関する問題(山岸、間瀬、畠山、小森、羽鳥を中心、以下同様)、超高エネルギー粒子加速及びブーム収束に伴う問題(小方、吉田、柴田、中島)、マイクロ波利用加速器に関する問題(西田、八束、杉原、湯上)、大型レーザー加速器に関する問題(三間、北川、坂井、竹内)、プラズマ中の大電流駆動に関する問題(曄道、八坂)、などの課題の解決をはかるための検討会や作業会を行った。その結果、昨年度には、始めてレーザー航跡場加速法の実証に成功した。今年度後半は、科学技術庁原子力研究所に新研究所が関西地区に開設されたことを受けて、合同の研究会を企画した。この研究所はレーザー加速開発とその応用を中心課題としており、我々の総合研究の発展的延長線上に位置づけられる。この合同研究会(約35名参加)跡、我々のグループのみの研究成果発表会(26名参加)も行った。いずれも大盛会のうちに研究会を終了した。今年度で本研究は終了するが今後も緊密な連絡を取りつつ研究を進展させることを約束した。全体として、非常に大きな成果が得られた計画であった。本研究の当初の目的は(1)「大振幅プラズマ波動と粒子との相互作用」、(2)荷電粒子の「エネルギー分布関数の制御」、(3)「新方式プラズマ利用加速器」や「プラズマレンズ効果」、および(4)核融合プラズマの「電流駆動と補助加熱」における電子やイオンの加速機構の解明等を総合的に研究討論し、新しいプラズマ物理学の分野を開くことにある。この目的を達成するために、今年度は2回の研究討論会を開催した。そして、各分担分野における課題の重要性と問題点の整理、あるいは新たな問題点の掘起こしを重点的に行った。第一回目は本研究計画に深い関連のあるパリ大学の2名の物理学者(日本学術振興会の招きにより宇都宮大学に滞在)の来日に合わせて、幾分的を絞った研究討論会とした。特に、プラズマ利用高エネルギー加速器に関する問題や、基礎的なプラズマと電磁場の非線形相互作用に関する問題などに関して広く議論された。第二回目は各分担者の今年度の成果報告的要素を強くした討論会とした。例えば、Vp×B加速器に関する一連の研究の内、今回始めて横波による電子の加速実験の結果が報告された。加速器は縦波を使用するのが従来の常識であったが、全く新しい原理の加速現象が実証されたことは特筆に値する。さらに、レーザーを使用した航跡場加速器のデータが世界に先駆けて紹介された。これらに加えて、プラズマ波動の計測法の原理と開発状況、新しい原理に基づいたプラズマ利用加速器の提案、地球磁気圏や天体プラズマ関連の問題点や実験室における模疑実験の紹介、及びピンチプラズマにおける粒子加速のモデルの提案等があった。さらに、来年度の重点課題なども含めて、研究会の持ち方、及び国際会議への対応について活発な討論がなされた。以上のように今年度は予期以上の成果を上げることができた。本年度の主な目的は、(1)「大振幅プラズマ波動と粒子との相互作用」

および(2)「分布関数の制御」等の基礎的研究、さらに(3)「新方式プラズマ利用加速器およびプラズマレンズ効果」、及び(4)核融合プラズマの「電流駆動と補助加熱」に関する研究等を中心にして、それらの基礎現象の詳細な解明と新しいプラズマ物理学の分野を開く基礎固めを行うことであった。そのため、大振幅波動の高効率励起、その計測法、及び波による粒子捕捉現象に関する課題(天岸、間瀬、畠山、小森、羽鳥を中心、以下同様)、超高エネルギー粒子加速およびビーム収束に伴う問題(小方、吉田、平松)、マイクロ波利用加速器に関する問題(西田、八束、杉原)、大型レーザー加速器に関する問題(三間、北川、坂井)、プラズマ中の大電流駆動に関する問題(嘩道、八坂)、などの課題に関する問題点を明らかにし、その解決をはかるための検討会や作業会を行った。その際、各分担者のうちの代表者(杉原、小方、北川、畠山、間瀬)を中心とした個別の小グループによる研究討論会と、各分野間にまたがる問題点を有機的に解決するために分担者以外のプラズマ科学分野の研究者を含めた全体の研究討論会を開催し、大きな成果を上げることができた。特に、個別討論会では、民間企業の研究者も含めて、レーザー航跡場加速度の実用器を製作する際に起きると予想される重要な問題点の指摘は非常に有意義であった。また全体会では、大学院学生を含めた若手研究者が多数出席して活発な討論ができ、新しい加速度の概念の提案や、新しいプラズマ物理現象の紹介などを含めて、将来を担う研究者の育成上からも大変有意義な会であった。本年度は、3ケ年間の本研究のまとめの年度であった。年度前半は前年度までとほゞ同形態の研究を進めた。すなわち、(1)「大振幅プラズマ波動と粒子との相互作用」および(2)「分布関数の制御」等の基礎的研究、さらに(3)「新方式プラズマ利用加速器およびプラズマレンズ効果」、及び(4)核融合プラズマの「電流駆動と補助加熱」に関する研究等を中心にして、それらの基礎現象の詳細な解明と新しいプラズマ物理学の分野を開く基礎固めを行うことであった。年度後半は、科学技術庁原子力研究所に新研究所が関西地区に開設されたことを受けて、合同の研究会を企画した。この研究所はレーザー加速器開発とその応用を中心課題としており、我々の総合研究の発展的延長線上に位置づけられる。この合同研究会(約35名参加)後我々のグループのみの研究成果発表会(26名参加)を行った。いずれも大盛会のうちに研究会を終了した。今年度で本研究は終了するが今後も緊密な連絡を取りつつ研究を進展させることを約束した。そのために、大振幅波動の高効率励起、その計測法、及び波による粒子捕捉現象に関する問題(天岸、間瀬、畠山、小森、羽鳥を中心、以下同様)、超高エネルギー粒子加速及びビーム収束に伴う問題(小方、吉田、柴田、中島)、マイクロ波利用加速器に関する問題(西田、八束、杉原、湯上)、大型レーザー加速器に関する問題(三間、北川、坂井、竹内)、プラズマ中の大電流駆動に関する問題(嘩道、八坂)、などの課題の解決をはかるための検討会や作業会を行った。
発達期小脳神経回路形成に関わるミクログリア依存的メカニズムの解明

発達期の小脳皮質ではプルキンエ細胞にシナプス入力する登上線維が複数本から一本になる現象が起こる。本研究課題は、この登上線維の一本化の過程に、脳の免疫細胞であるミクログリアがどのように関与するを明らかにすることが目的である。平成29年度までの研究から、登上線維の単一支配化にミクログリアが必要であり、特に生後2週目にプルキンエ細胞への抑制性シナプス伝達を促進することを介して登上線維の単一支配化に関与することを示す実験結果が得られていた。平成30年度には、研究結果を論文として公表するための追加実験を行った。ミクログリアの分化と生存に必須なCsf1rをIba1陽性細胞で特異的に欠損させて作成したミクログリア欠損マウスの小脳皮質で、ミクログリア以外の構成細胞に変化が生じていないかを確かめるために、細胞特異的マーカーで免疫染色した。その結果、ミクログリア欠損マウスの分子層厚に僅かな減少が認められたものの、主な構成細胞(プルキンエ細胞、顆粒細胞、分子層抑制性介在ニューロン、ゴルジ細胞、バーグマン細胞)の分布および密度に変化は認められなかった。また、抑制性シナプス終末をVGAT抗体で可視化したところ、染色強度の有意な減弱が認められた一方、プルキンエ細胞層における密度には有意差はなかった。ゆえに、ミクログリア欠損マウスで認められた抑制性シナプス伝達の減弱は、シナプス密度ではなく伝達機能の変化を反映すると考えられた。平成30年度には所属機関を異動したため実験環境の整備などで研究の遂行が滞った時期もあったものの、Nature Communications誌での論文発表に至ることができた。また、コールドスプリングハーバー国際神経会議(淡路)、第9回アジア・オセアニア生理学会連合大会第96回日本生理学会大会合同大会(神戸)にてポスター発表し研究成果を公表した。平成30年度には所属機関を異動したため、研究環境の整備や新たな実験系の立ち上げなどで本研究課題の遂行が滞った部分も否めない。しかしながら、研究成果を論文発表することができた点は評価したい。ゆえに、総合的に判断しておおむね順調に進展しているといえる。平成31年度は、発達期の小脳皮質でミクログリアが抑制性シナプス伝達を修飾する際に関与する分子を明らかにするための実験を行う。準備実験によって、シナプス刈り込み時期の小脳皮質においてミクログリアで選択的な蛋白発現を認めた分子が得られているので、その候補分子の抑制性シナプス伝達への急性作用を電気生理学的に解析する。その他、発達期の野生型マウスおよびミクログリア欠損マウス小脳に候補分子や候補分子の機能阻害抗体を慢性投与する実験を行い、プルキンエ細胞への抑制性シナプス入力と登上線維の刈り込みがどのような影響を受けるかを調べる実験も行う。平行して、ミクログリアによる抑制性シナプス伝達の修飾が、小脳皮質以外の脳部位でも認められる現象であるかを検討する実験も行う。本研究課題では、発達期小脳皮質における登上線維-プルキンエ細胞間シナプスの刈込みにミクログリアが必要であるという申請者の先行実験の結果を受けて、ミクログリアがどのような機構で登上線維シナプスの刈込みに関与するのかを明らかにすることを目的とする。平成29年度には、ミクログリアによる登上線維の貪食の有無を検討する実験を行った。Alexa色素結合デキストランで登上線維を順行性標識したうえで小脳切片を作成し、抗Iba1抗体による免疫染色を行い、Iba1標識ミクログリアに内包されたAlexa標識登上線維断片の頻度を解析した。その結果、刈込みが盛んに起こる生後10日目頃においても、プルキンエ細胞層付近にあって、登上線維断片を内包したミクログリアはごく低頻度でしか認められず、貪食はミクログリアが登上線維の刈込みに作用するための主要な作用機構ではないことが示唆された。次に、登上線維シナプスの刈込みに関与すると報告のある平行線維シナプスと抑制性シナプスの形成および機能を、ミクログリアが減少した遺伝子改変マウスを用いて解析した。その結果、平行線維シナプスの形態・機能に有意な変化は認められなかったが、抑制性シナプス伝達が生後10-12日目に有意に減弱しているという結果を得た。そこで、生後9-12日目のミクログリア欠損マウスにジアゼパムを腹腔投与したところ、登上線維の刈込み異常が正常化した。従って、ミクログリアは抑制性シナプス伝達を促進することによって、登上線維の刈込みを促進する作用があることが示唆された。これらの結果について、第40回日本神経科学大会、新学術研究「グリアアセンブリによる脳機能発現の制御と病態」第4回夏のワークショップおよび第5回成果報告会、第8回新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウムにてポスター発表を行った。平成29年度には当初の計画通り、ミクログリアによる登上線維の貪食、プルキンエ細胞へのシナプス入力の修飾という2つの可能性について、電気生理学的および形態学的に実験を遂行することができた。また、論文執筆にも至ることができたた。ゆえに、本年度の研究はおおむね順調に進展している。

平成29年度までの研究から、登上線維の単一支配化にミクログリアが必要であり、特に生後2週目にプルキンエ細胞への抑制性シナプス伝達を促進することを介して登上線維の単一支配化に関与することを示す実験結果が得られていた。平成30年度には、研究結果を論文として公表するための追加実験を行った。ミクログリアの分化と生存に必須なCsf1rをIba1陽性細胞で特異的に欠損させて作成したミクログリア欠損マウスの小脳皮質で、ミクログリア以外の構成細胞に変化が生じていないかを確かめるために、細胞特異的マーカーで免疫染色した。その結果、ミクログリア欠損マウスの分子層厚に僅かな減少が認められたものの、主な構成細胞(プルキンエ細胞、顆粒細胞、分子層抑制性介在ニューロン、ゴルジ細胞、バーグマン細胞)の分布および密度に変化は認められなかった。また、抑制性シナプス終末をVGAT抗体で可視化したところ、染色強度の有意な減弱が認められた一方、プルキンエ細胞層における密度には有意差はなかった。ゆえに、ミクログリア欠損マウスで認められた抑制性シナプス伝達の減弱は、シナプス密度ではなく伝達機能の変化を反映すると考えられた。平成30年度には所属機関を異動したため実験環境の整備などで研究の遂行が滞った時期もあったものの、Nature Communications誌での論文発表に至ることができた。また、コールドスプリングハーバー国際神経会議(淡路)、第9回アジア・オセアニア生理学会連合大会第96回日本生理学会大会合同大会(神戸)にてポスター発表し研究成果を公表した。平成30年度には所属機関を異動したため、研究環境の整備や新たな実験系の立ち上げなどで本研究課題の遂行が滞った部分も否めない。しかしながら、研究成果を論文発表することができた点は評価したい。ゆえに、総合的に判断しておおむね順調に進展しているといえる。平成30年度には、所属機関を異動するので実験装置の立ち上げ等で実験が一時滞ることが予想される。ただし、異動先研究室での実験装置はほぼ揃っているので速やかに実験を再開できると考えられる。実験装置の立ち上げと平行して、平成29年度までに得られた成果を論文発表することを目指す。実験環境の整備が完了したら、ミクログリアが抑制性シナプス伝達を修飾する際に関与する分子を明らかにするための実験を行う。昨年度までの準備実験によって、シナプス刈込み期の小脳においてミクログリアで選択的な蛋白発現を認めた分子が得られているので、その候補分子の抑制性シナプス伝達への急性作用を電気生理学的に解析する。その他、発達期の野生型マウスおよびミクログリア欠損マウス小脳に候補分子や候補分子の機能阻害抗体を慢性投与する実験を行い、刈込みがどのような影響を受けるかを調べる実験も行う。平行して、ミクログリアによる抑制性シナプス伝達の修飾が、小脳皮質以外の脳部位でも一般的に認められる現象であるかを検討する実験も行う。平成31年度は、発達期の小脳皮質でミクログリアが抑制性シナプス伝達を修飾する際に関与する分子を明らかにするための実験を行う。準備実験によって、シナプス刈り込み時期の小脳皮質においてミクログリアで選択的な蛋白発現を認めた分子が得られているので、その候補分子の抑制性シナプス伝達への急性作用を電気生理学的に解析する。
過度の体温上昇に伴う運動パフォーマンスの低下のメカニズムとその対策

運動時における過度の体温上昇は運動パフォーマンスを低下させ,その原因として高体温自身が挙げられている.一方,運動遂行に直接関わる呼吸・循環・神経系などの調節機構が過度の体温上昇により抑制される可能性も考えられが,これまでの研究によってそのメカニズムは解明されたと言い難い.したがって,この抑制されるメカニズムを複数の調節機構から明らかにすることは,体温が上昇しやすい条件下でも運動パフォーマンスを最大限に発揮できる方法を探り出す手段になる.また,この抑制が運動トレーニングにより改善されれば運動パフォーマンス向上への手がかりが得られる.そこで,本研究では過度の体温上昇に伴う運動パフォーマンス低下のメカニズムとその対策を検討した.これまで過度の体温上昇が直接,脳の活動に影響することは分かっていた.また,発汗による脱水,皮膚血流増加による運動中の心臓血管系のドリフトが運動パフォーマンスを低下させることも報告されている.本研究ではそれに付け加えて,体温上昇により筋交感神経活動の増加→筋血流量の制限,体温上昇により換気亢進→脳血流低下,が起こり,これらも高体温時の運動パフォーマンス低下を引き起こすことを示した.さらに,体温上昇に伴う運動パフォーマンス(本研究では,静的掌握運動時の筋力待続)低下が,日頃,運動を経験しているかどうかで大きく影響されること,体温上昇に伴う換気亢進程度と有酸素能力との間には負の関係があることが指摘され,過度の体温上昇に伴う運動パフォーマンス低下は運動トレーニングにより軽減されることが明らかになった.したがって,体温上昇による運動パフォーマンスの低下を防ぐためには,体温上昇に伴う呼吸・循環・神経系などの調節機構の低下をいかに抑えるかがポイントなり,それに対する運動トレーニングの有効性が示唆された.運動時における過度の体温上昇は運動パフォーマンスを低下させ,その原因として高体温自身が挙げられている.一方,運動遂行に直接関わる呼吸・循環・神経系などの調節機構が過度の体温上昇により抑制される可能性も考えられが,これまでの研究によってそのメカニズムは解明されたと言い難い.したがって,この抑制されるメカニズムを複数の調節機構から明らかにすることは,体温が上昇しやすい条件下でも運動パフォーマンスを最大限に発揮できる方法を探り出す手段になる.また,この抑制が運動トレーニングにより改善されれば運動パフォーマンス向上への手がかりが得られる.そこで,本研究では過度の体温上昇に伴う運動パフォーマンス低下のメカニズムとその対策を検討した.これまで過度の体温上昇が直接,脳の活動に影響することは分かっていた.また,発汗による脱水,皮膚血流増加による運動中の心臓血管系のドリフトが運動パフォーマンスを低下させることも報告されている.本研究ではそれに付け加えて,体温上昇により筋交感神経活動の増加→筋血流量の制限,体温上昇により換気亢進→脳血流低下,が起こり,これらも高体温時の運動パフォーマンス低下を引き起こすことを示した.さらに,体温上昇に伴う運動パフォーマンス(本研究では,静的掌握運動時の筋力待続)低下が,日頃,運動を経験しているかどうかで大きく影響されること,体温上昇に伴う換気亢進程度と有酸素能力との間には負の関係があることが指摘され,過度の体温上昇に伴う運動パフォーマンス低下は運動トレーニングにより軽減されることが明らかになった.したがって,体温上昇による運動パフォーマンスの低下を防ぐためには,体温上昇に伴う呼吸・循環・神経系などの調節機構の低下をいかに抑えるかがポイントなり,それに対する運動トレーニングの有効性が示唆された.運動時の過度の体温上昇は運動パフォーマンスを低下させる.これは運動に直接関わる呼吸・循環・神経系などの調節機構が体温上昇により抑制されるためであると考えられるが,そのメカニズムは分かっていない.そこで,本研究では過度の体温上昇に伴う運動パフォーマンス低下のメカニズムとその対策を検討するために,本年度は静的運動時の身体調節機構(呼吸・循環・体温・神経の各調節機構)が体温上昇によってどのように影響されるのかを検討した.1)環境温23-25°C,相対湿度50-60%の環境下で下肢を43°Cの湯に浸し,食道温が上昇する前とそれが約1°C上昇した時に最大随意筋収縮の50%強度の掌握運動を60秒間実施した.また,皮膚交感神経活動を測定するために,仰臥位姿勢で水循環スーツを用い温熱負荷を行い,同様の運動を負荷した。この結果,食道温上昇前後で掌握運動時の筋出力には大きな変化がなかったが,心拍数と平均血圧の変化量は体温上昇時の方が大きくなる傾向にあった(心拍数は有意な増加).一方,皮膚交感神経活動の変化には体温上昇程度で顕著な差は認められなかったが(その活動が小さくなる傾向),発汗量や皮膚血流量(あるいは皮膚血管コンダクタンス)では体温上昇時の変化量が有意に小さくなった.さらに,セントラルコマンドの指標である自覚的運動強度は体温上昇時に有意に大きくなった.このことから,体温が約1°C上昇すると同じ強度の掌握運動でも身体への負担が大きくなり,それは呼吸・循環調節では運動時の反応の上昇が,体温調節ではその反応の低下(体温上昇が大きくなるような反応)が示された.本年度では,17年度に検討した体温上昇が静的運動時における身体調節機構(呼吸・循環・体温・神経の各調節機構)に及ぼす影響は体力レベルによって異なるのかを主に検討するために,以下の実験を実施した.まず,環境温35°C,相対湿度50%の環境下で下肢を43°Cの湯に浸し,食道温が上昇する前とそれが約1°C上昇した時に最大随意筋収縮の静的掌握運動を120秒間実施した.

被験者は体力レベルの異なる学生6名とし,この実験中に各調節系パラメータ(換気量,呼吸数,心拍数,血圧,心拍出量,食道温,皮膚温,局所発汗量,皮膚血流量および筋交感神経活動)を連続的に計測した.この結果,最大随意筋収縮力の維持は食道温が約1°C上昇すると低下する被験者とそうでない者が存在した.この被験者と体力(最大酸素摂取量)との関係を検討したところ,明確な関係は得られなかった.しかし,被験者数が少ないことから,更に両者の関係を明らかにする必要性も指摘された.次に,運動時の呼吸調節に焦点をあて,体温を上昇させたときの呼吸調節の変化を検討した.被験者は13名の学生に対して,循環スーツの湯の温度を10°C,35°Cおよび45°Cの3条件に設定し,最大酸素摂取量の約50%の運動を60分間実施させ,このときに呼吸パラメータ(酸素摂取量,呼吸数,1回換気量,呼気ガス等)を測定し,体温上昇に伴って換気量がどのようになるのかを比較した.その結果,体温上昇とともに換気量も直線的に増加するが,この関係に皮膚温や体温の上昇度の違いはほとんど影響しなかった.また,この関係には個人差が認められた.以上の実験から,体温上昇に伴う運動パフォーマンスの低下は,体力レベルよりも体温そのものに関係し,また,体温上昇に伴う換気量がその低下を引き起こす原因の一つとして考えられた.また,この関係には個人差があることから,体温上昇と換気量の関係における個人差と体力との関連を更に検討する必要がある。運動時における過度の体温上昇が運動パフォーマンスを低下させることは知られているが,そのメカニズムは明らかではない.したがって,体温上昇に対して抑制されるメカニズムを複数の調節機構から明らかにすることは,体温が上昇しやすい条件下でも運動パフォーマンスを最大限に発揮できる方法を探り出す手段になる.そこで,本研究では過度の体温上昇に伴う運動パフォーマンス低下のメカニズムとその対策を検討するために,1)体温上昇に伴って呼吸・循環・体温・神経調節機構がどのような影響を受けるのか総合的に明らかにする,2)1)の影響が体力レベルでどのように異なるのか明らかにした.特に,本年度は平成16・17年度の結果をもとに,以下の手順で再度総合的にデータ分析を行った.1.体温上昇に伴う運動時における身体調節機構の抑制のメカニズム.運動を継続するために循環・体温調節機構に充分な余裕があったとしても,運動時の体温が過度に上昇すると静的掌握運動の継続が抑制される.また,呼吸調節や交感神経活動が体温により亢進し,特に換気亢進により脳への血流が低下する可能性が考えられた.2.1.の抑制と運動トレーニングとの関係.過度の体温上昇に伴う静的掌握運動継続の低下は最大酸素摂取量との関連は明確ではなく,温熱負荷時の循環・体温調節の負担度と一部関係していた.一方,体温上昇に伴う換気亢進反応は有酸素能力と負の相関関係にあった.以上のことから,過度の体温上昇が呼吸・循環・体温・神経調節に全て影響するため,暑熱順化を利用して体温上昇や生体負担度を軽減させ,また,運動と運動の間の休憩中などに皮膚表面の温度より体温を下げ,運動時の体温上昇を少しでも抑える重要性が指摘された.