hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
経皮電力伝送型完全埋込み式モ-タ駆動全人工心臓システムの開発研究

本年度は、1.エレクトロハイドロ-リック式全人工心臓の開発と模擬回路による性能評価、2.血液ポンプの成熟動物である成山羊を用いた慢性動物実験による長期評価法の検討、の2点を中心に開発研究を遂行した。1.エレクトロハイドロ-リック式全人工心臓の開発と模擬回路による性能評価完全体内埋込型全置換型人工心臓システムとして、胸腔内に血液ポンプを植え、腹腔内にアクチュエ-タを置くエレクトロハイドロ-リック式のシステムを試作した。アクチュエ-タは、ロ-ラスクリュ機構により軸を往復運動させるDCブラシレスモ-タを、左右の血液ポンプとそれぞれ結合したプッシャ-プレ-トを有するポンプを用いた油室で狭み込んだ形式のものを用いた。左右の血液ポンプを、後負荷を左80mmHg、右30mmHg、左右とも前負荷10mmHgの模擬回路に組み込んで駆動し、拍動数を30から100回/分まで変化させ、拍出流量を測定したところ、最大6L/minの心拍出量を得ることができ、良好な拍出性能を示した。2.血液ポンプの成熟動物である成山羊を用いた慢性動物実験による長期評価法の検討本システムに用いる血液ポンプを、まず、空気駆動式として成熟動物である成山羊4頭(体重54kg59kg、平均55.8±1.9kg)に植え込んで血液ポンプのみの生体内評価を行なった。生体と人工心臓を結合させるコネクタシステム、体外循環法の改良などにより、最長40日間の生存例を得ることができ、エレクトロハイロ-リック式のシステムを組み上げた際の長期評価への発展性が示唆された。本年度は、1)モータ駆動型人工心臓の開発のために、日本人の核磁気共鳴断層撮影像から求めた寸法を基にして全人工心臓をデザインし、暫定的に空気圧で駆動することにより、臨床用モータ駆動全人工心臓のプロトタイプの試作と評価を行ない、また、2)完全埋め込み式の全置換型全人工心臓を開発する上で必要不可欠な、経皮エネルギー伝送システムの再評価と改良を行なった。1)については、日本人健常人と、拡張型心筋症例の胸部核磁気共鳴断層像を基にデザインした全人工心臓を試作し、動物実験で解剖学的適合性について実験的に検討した。また、大血管および心房と人工心臓を結合するコネクターのデザインも同時に改良した。体重53kgの子牛を用いた慢性動物実験では、胸腔内への装着は容易で実験動物は術後23日目現在元気に生存している。この実験により、臨床用モータ駆動全人工心臓のデザイン方法の優秀性とポンプの基本的な形状が決定された。2)では、自然心臓に近い拍動型のポンプをモータなどによって駆動する場合、供給されるエネルギー量は拍動に依存して大きく変化するため、エネルギー供給装置であるスイッチングレギュレータから見ると、ポンプの収縮・弛緩に応じて負荷抵抗が大きく変化するという事実を考慮し、経皮エネルギー伝送システムの再検討を行なった。具体的には、エネルギー伝送コイルの設計、駆動電圧の安定化、バッテリの充放電量の制御のためのシステムの改良を行ない実験的に評価した。その結果、伝送コイルを2組使用した場合、直列接続にすると効率も高く、温度上昇が極めて小さいことを明かとし、また、ポンプの収縮・弛緩に伴う負荷変動に対する駆動電圧の安定化の方式を改善し、応答速度を高めることに成功した。バッテリの充電方式として、定電流充電とトリクル充電を併用する方法について実験を行ない、良好な結果を得た。本年度は、1.モ-タ駆動人工心臓による心臓置換と長期循環維持に関する問題点の検討、2.経皮トランスフォ-マシステムによる長期エネルギ-伝送システムの開発、3.経皮トランスフォ-マシステムと組合せるポンプシステムの製作、に焦点を絞って研究した。1.については、子牛を用いた実験で111日生存を得た後、モ-タ駆動人工心臓による心臓置換と長期循環維持の研究のために必要不可欠な、成熟した動物による評価のために、成山羊を実験動物として用いて実験を発展させた。その結果、体重55kgの山羊に空気駆動式全人工心臓を植え込んだところ、術後の血行動態も極めて安定して維持され、術後8日目に左の空気駆動ラインの胸腔内での破損による気胸の発生などにより実験を中止したものの、長期実験の成功への可能性が確認された。2.については、バックアップ用体内バッテリとその充電系を有するシステムを改良した。また同時に、経皮伝送システムの2次コイル成山羊に植え込んで電力の伝送を行なったところ、エネルギ伝送は大きな問題無く行なえることが解った。しかし臨床での使用を考えると1次コイルの固定にやや問題があると思われた。3.については、人工心臓を駆動できる性能を有する電動モ-タの回転運動をボ-ルスクリュで往復運動に変えてシリコンオイルを加圧し、血液ポンプをエレクトロハイドロ-リック方式で駆動するアクチュエ-タを、腹壁または腹腔に設置する方式のシステムを構築した。モ-タとしては、直径55mm、回転部分の厚さ18mm、ボ-ルスクリュのストロ-クが21mmのものを選定した。シリコンオイルの加圧のためには金属ベロ-ズを用いることとした。1.エレクトロハイドロ-リック式全人工心臓の開発と模擬回路による性能評価

完全体内埋込型全置換型人工心臓システムとして、胸腔内に血液ポンプを植え、腹腔内にアクチュエ-タを置くエレクトロハイドロ-リック式のシステムを試作した。アクチュエ-タは、ロ-ラスクリュ機構により軸を往復運動させるDCブラシレスモ-タを、左右の血液ポンプとそれぞれ結合したプッシャ-プレ-トを有するポンプを用いた油室で狭み込んだ形式のものを用いた。左右の血液ポンプを、後負荷を左80mmHg、右30mmHg、左右とも前負荷10mmHgの模擬回路に組み込んで駆動し、拍動数を30から100回/分まで変化させ、拍出流量を測定したところ、最大6L/minの心拍出量を得ることができ、良好な拍出性能を示した。2.血液ポンプの成熟動物である成山羊を用いた慢性動物実験による長期評価法の検討本システムに用いる血液ポンプを、まず、空気駆動式として成熟動物である成山羊4頭(体重54kg59kg、平均55.8±1.9kg)に植え込んで血液ポンプのみの生体内評価を行なった。生体と人工心臓を結合させるコネクタシステム、体外循環法の改良などにより、最長40日間の生存例を得ることができ、エレクトロハイロ-リック式のシステムを組み上げた際の長期評価への発展性が示唆された。
炭素繊維材を用いた伝統的建築物の保存補修法に関する研究

本研究では,炭素繊維材を用いた木造建造物の補修・補強対策の実施例として日光の神橋を取り上げ,その補修内容と現地の環境条件を調査分析し,次いで屋外暴露や促進試験により環境条件が炭素繊維補強材の付着強度および曲げ強度等の耐久性に及ぼす影響を検討した.本試験の結果,付着強度や曲げ強度が低下する傾向が認められ,降雨や乾湿の繰り返しの影響を把握することができた.劣化のメカニズムとして,付着強度の低減が曲げ強度の低下に影響を及ぼすことが明らかになり,長期耐久性の評価は付着特性に着目することで一定の判定ができる可能性があることを示した.また漆塗装の炭素繊維材表面の耐候性試験の結果,維持管理面では従来の木材と同様の取り扱いが可能であることを把握した.本研究では,炭素繊維材を用いた木造建造物の補修・補強対策の実施例として日光の神橋を取り上げ,その補修内容と現地の環境条件を調査分析し,次いで屋外暴露や促進試験により環境条件が炭素繊維補強材の付着強度および曲げ強度等の耐久性に及ぼす影響を検討した.本試験の結果,付着強度や曲げ強度が低下する傾向が認められ,降雨や乾湿の繰り返しの影響を把握することができた.劣化のメカニズムとして,付着強度の低減が曲げ強度の低下に影響を及ぼすことが明らかになり,長期耐久性の評価は付着特性に着目することで一定の判定ができる可能性があることを示した.また漆塗装の炭素繊維材表面の耐候性試験の結果,維持管理面では従来の木材と同様の取り扱いが可能であることを把握した.本研究は、世界に誇る我国の重要な伝統的木造建造物を、炭素繊維材の高機能性を利用して補強・補修する方法を確立し、新たな保存修復法を構築することが目的である。そのための研究方法として、温度・湿度等の環境条件が木質材料の補強部劣化に及ぼす影響に関して、環境試験・促進耐候性試験にて分析を行なうものである。その結果を踏まえ、耐久性に優れた補強材料や補強方法を考案し、重要文化財等の解体修理の際に当初材再利用率を高める新たな手法を開発し、最終的には保存補修法の設計・施工指針の基本方針の策定を目指す。本年度の研究として、温度・湿度の環境条件が炭素繊維複合材に及ぼす影響を調査するため、恒温室・湿熱室を用いた環境実験を行ない、長期的な環境履歴を試験室にて再現する実験を行った。事前に建築物の外装材の長期特性の評価に用いられる各種試験法・基準類の調査を実施し、試験方法を設定した。設定した条件で環境試験を実施した後、炭素繊維複合材の付着・曲げ強度を測定し、その強度低減状況から強度特性の変化等の基礎的特性を把握し、複合材としての耐久性の評価を行なった。炭素繊維材に漆塗装を施した場合の漆塗面の変質状況に関しては、2年程度の短期間で耐候性が評価可能な屋外促進暴露試験(EMMAQUA)を行った。本試験により表面状態の色差・光沢などの長期的な変化を測定し、表面特性の分析を実施中である。本研究は、世界に誇る我国の重要な伝統的木造建造物を、炭素繊維材の高機能性を利用して補強・補修する方法を確立し、新たな保存修復法を構築することが目的である。その結果を踏まえ、耐久性に優れた補強材料や補強方法を考案し、重要文化財等の解体修理の際に当初材再利用率を高める新たな手法を開発し、最終的には保存補修法の設計・施工指針の基本方針の策定を目指すものである。平成23年度は、環境試験・促進耐候性試験を行い以下の成果を得た。1.温度・湿度の環境条件が炭素繊維複合材に及ぼす影響を調査するため、恒温室を用いた環境実験を行ない、長期的な環境履歴を試験室にて再現する実験を行った。試験体として米松(長さ:550m×幅:60mm×厚さ:30mmを用い、恒温室にて80°C・-20°C・95%RHの温度変化を750時間与え、その曲げ強度を測定した。曲げ試験の結果、炭素繊維補強材の曲げ剛性の低下を確認した。この要因に関して、付着特性が曲げ強度に及ぼす影響を分析する予定である。2.炭素繊維材に漆塗装を施した場合の漆塗面の変質状況に関しては、短期間で耐候性が評価可能な屋外促進暴露試験(EMMAQUA)を行った。試験体として、炭素繊維板の漆塗装10種類と比較材として木材の漆塗装10種類を用い、表面状態の色差・光沢などの長期的な変化を測定中である。材質の特性による表面特性の相違点の分析を実施中である。歴史的建造物の保存修理に関して,これまでは従来からの技術を継承しつつ対応している場合が多いが,従来から用いてきた材料や工法に対し,現在の科学的見地から分析し最新技術を適用することにより,合理的でより耐久性に優れた保存修理法が構築できるものと考えられる.歴史的建造物の構造的劣化や表層の剥離などが増えつつある現状において,炭素繊維をはじめとする先端高機能な材料による補強法や,従来から使用されてきた表面塗装材料の分析や新たな材料の開発は当面する重要な課題となっている.本研究では,先端材料の炭素繊維材と従来材料の漆塗装などを組合せた場合の長期耐候性に関する基礎的な分析・評価を行い,以下の成果を得た.1.漆塗装された炭素繊維材の長期耐候性について,同じ材料によって塗装された木質材料の表面と比較することにより評価した.試験方法として促進

屋外暴露試験(Q-Trac Sunlight Concentrator Testing:ASTM-D90)を用い,短期間に2年半暴露と同等の結果が得られた.2.試験後の色差⊿Eの変化は両者とも比較的早い時期に始まり,色差の変化の状況もほぼ同様の傾向を示した.色相に関しては,朱色の色差の変化は他の色と比較するとやや小さかった.光沢の変化に関してもほぼ同様の結果となった.これらの結果から,炭素繊維材への漆塗装の表面特性は,木材への漆塗装と大差のないことを明らかにした.3.本試験結果から判断すると炭素繊維材への漆塗装された炭素繊維材の維持管理や補修法については従来の木材と同様の取り扱いが可能であることが示された.本研究では,保存修理における表面特性に着目した試験結果を報告したが,歴史的建造物に炭素繊維材等の新たな材料を適用する場合,更に木質複合材料としての構造的な長期耐久性に関しても検討を行い,幅広いデータを蓄積することが必要と考えられる.計画した環境試験・促進耐候性試験を以下のように実施している。1.温度・湿度の環境条件が炭素繊維複合材に及ぼす影響を調査するための環境試験について、試験条件を設定して実施し、曲げ強度の低減する状況について予定通り分析することができた。2.屋外促進暴露試験(EMMQUA)を用いて、炭素繊維板の漆塗装および木材の漆塗装の色差・光沢などの変化について、予定通り試験を実施して評価を行った。24年度が最終年度であるため、記入しない。今年度も当初計画通り、環境試験・促進耐候性試験を以下の内容で実施し、結果を総括する予定である。1.温度・湿度の環境条件が炭素繊維複合材に及ぼす影響を調査するための環境試験について、これまでの実験結果を踏まえて新たな試験条件を設定する。最終的には、付着強度が曲げ強度に及ぼす影響を把握する予定である。2.屋外促進暴露試験(EMMAQUA)を用いて、炭素繊維板の漆塗装および木材の漆塗装の表面特性の変化を把握する予定である。また、伝統的建造物に用いられているにかわ塗装に関しても、同様の屋外促進暴露試験で評価の予定である。3.最終年度に当たるため、上記の研究結果を総括して保存補修法の設計・施工指針に資するデータとしてまとめる予定である。
国際化に対応する「看取りケア」の再構築に関する研究

東アジアでは、高齢者の人々の人口が急速に増大している。この国々の終末期ケアを病院だけでなく、福祉施設または病院で過ごす。それらのケースにおいて、終末期におけるケアスタッフの役割が重要になっている。私達は、終末期ケアにおける看護師、介護士、ソーシャルワーカーおよび医師における職種間の態度を調査した。高齢者の施設で働いている1,147人のスタッフ(韓国の221、中国の318、台湾の289および日本の319 )が参加した。これらの国では、終末期に経管栄養、集中治療を受け入れた。この傾向は、中国(集中治療、経管)と台湾がより強い。この結果は終末期ケアに関係するチームのあり方をデザインするのにも役立つ。日本のみとりケアに関してのまとめを以下のように行い、厚生の指標に投稿し12月掲載されることとなった。今年度は韓国、台湾、中国のまとめと日本の比較をする予定である。「高齢者終末期ケアに携わる関係職種の死生観と看取り観について」目的:各介護施設においては質の高い高齢者の終末期ケアが必要とされている。本研究では高齢者ケア関連施設や事業所に勤務する関係職種の「死生観」や「看取り観」の共通点や相違点を明らかにし,どのような要因が影響しているのかを探り,介護施設で終末期ケアを担当する職員の教育,チームケアのあり方を検討することを目的とした。方法:研究対象者は,高齢者終末期ケアを行っている施設・事業所で施設長の承諾が得られた15施設の看護職と介護職,相談職とした。無記名・自記式の質問票によるアンケート調査を行った。測定には,死生観では,臨老式死生観尺度を,看取り観には,FATCOD-Form B-Jを用いた。有効回答312票を分析対象とし,職種間の相違、対象者の宗教,年齢,現在勤務する施設での経験年数と死生観、看取観との相関関係を解析した。結果:死生観では,介護職は看護職より「死からの回避」の得点が高い傾向が見られた。また介護職は「看取り観の前向きさ」の得点が低く,両職種に差がみられた。年齢,宗教,経験と死生観,看取り観の関係については,宗教と「死後の世界観」「人生の目的意識」および年齢との間に負の相関がみられた。年齢と正の相関がみられるのは,「寿命感」であり,年齢の高いものほど,自分の寿命を受け入れている。宗教および年齢と看取り観の間には,大きな相関は確認できなかった。経験年数と死生観との間に大きな相関は確認できなかったが,看取り観との間には,「看取り観の前向きさ」で比較的大きな正の相関が認められた。経験年数の長いものほど,「死にゆく患者に前向き」なることが明らかになった。中国調査では、施設の視察を行った。老年護理医院は医療、介護、生活上のケアを含めるシステム的サービス機能を持つ高齢者介護病院で、家庭内で介護を受けられない高齢者が治療を受け、最期を看取る施設である。蘇州福星護理院は、認知症や末期癌、術後の管理を必要とする人等で長期間生活の自立が困難な患者を中心に入所させている。安寧ケアのガイドラインを医療職で作成している。葬儀場の支部を作ることも考えている。心園護理院では、看取りケアの定義は、末期の病気で治療の見込みがなく、ADLの自立ができない人を最後まで見送る。9割がこの施設で看取りを希望する。中国では死亡診断書を医師が書くという義務がなく、医師にかからずに亡くなる人もおり、医師の手にかかり看取ることが最善の事という認識である。台湾調査では仁恵護理之家と在宅介護事業所への視察を行った。台湾では在宅ケアが圧倒的に多い。病院は可能な限り、在宅を進める医療ニーズのある在宅支援を、独立型訪問看護事業所と病院のチーム型訪問看護が実施し、死後のケアも看護師と介護士で行う。在宅ケアでは、比較的費用の安い外国人労働者が介護に従事し、家族(雇用主)とのトラブルも少なくない。今後は、死亡診断書の関係についても調べる必要がある。韓国調査では釜山2つの高齢者施設と緩和ケア病棟の視察を行った。介護保険に関連する施設はユニットケアを取り入れている。終末期ケアを希望すればできる。この施設専属のクリニックを持っており、そこで治療も行われる。医師の死亡判断が必要なため、医師が常駐しないと看取りは難しい。最近は家族も施設での看取りを望む傾向にある。家族の経済的負担もあり、管を入れなければならない疑問が多い。和ケア病棟では、死亡すると地下が葬儀場になっており、そこで葬儀を済ませることもできる。韓国では在宅でのケアが難しく病院死が増加しつつある。

日本では、高齢者ケアの長期化・重度化・複合化が一層見込まれている。一方、アジアの国々においても急速に高齢化が進行している。東アジアの隣国においても介護の延長線上の終末期ケアへの対応が、何れ迫られる。高齢化がかなり進行してから手を打つのでは、手遅れになる危険性があり、後期高齢者の重度化する介護とその延長線上の終末期ケアにどのように対応するのか、隣国としても関心があり、共通問題として捉えていく必要がある。本研究では、東アジア(韓国、中国、台湾)の高齢者施設の看取りの実態調査と関係職種の死生観と看取り観に対する意識調査を行ってきた。日本では、医学・医療の発達の陰に隠れて忘れられてきている文化が多く、個別的で多様化する高齢者の看取りケアの概念や考え方も未だ流動的であり、宗教的な背景が急速に失われ、介護職の教育体制も十分とは言えない状況の中で、看取りケアが行われてきている。また、韓国、台湾とも制度は異なるが、日本と同様に「看取りケア」を病院へと移しており、老、病、死苦に対する理解と変化をもたらしていた。中国では、病院で最後まで最善を尽くすことが良いとされていたが、農村部では、死ぬ前に家に連れて帰ることを重視し、地域格差があった。各国とも高齢者施設における看取りケアは提唱しておらず、看取りは、あくまで医療の範疇との認識をしている。そして、末期における集中治療、または経管栄養法を受理する傾向も日本と同様にみられ、老人病院や高齢者施設において行われていた。未だ、死についてはタブー視している人が多く、高齢者にどのような終末期を迎えたいか聞けないこと、また、子ども達は親に対してできる限りの救命を望む傾向があること、また、高齢者も生きるという意欲が、特に中国においては高いことが伺えた。東アジアの国々では、儒教思想による高齢者扶養の考えがあり、宗教的死生観、倫理観に基づく関係が残されていた。社会福祉、看護調査は全て終了し、まとめの段階に入っている。研究チームによる討議の機会が少ないためにまとめの作業に手間がかかっているが、今年度中に全ての結果を公表できる。学会発表や投稿は5本以上になる予定である。国際学会への投稿もよていしている。また先進的な終末期ケアを行なっている地域(イギリス)への訪問をし、次の研究につなぐ第1回目の高齢者施設管理者等のインタビューが終了し、施設での看取りケアの実態と課題について把握でき、施設の看取りケアの外観をとらえることができた。しかし、職員のインタビュー等は、未だ行えておらす、今後職員へのインタビューをし、看取りについてどのようなケアの基準があり、どのようなケアを心がけているか、ケア内容や実践の方法について事例を基に調査する予定である。また、職員の看取り観についての意識調査をする予定であり、その関係作りがなんとか出来て調査が可能な状況になっている。学会報告社会医学会7月、介護福祉学会10月、人間福祉学会10月に向けての準備をしている。各研究者の個別の研究成果を集めて全体のまとめの原稿を編集する作業が残されている。今後の研究計画は、日本を含む東アジアの国々(中国、韓国、台湾)介護従事者や看護従事者の看取り観、死生観を明らかにする。そのために各国の高齢者施設の職員(医師、看護師、介護士)への意識調査を各200人ほど行う予定をしている。
薬物誘発性不整脈に関する機能解析および発症予測へ向けた統合的評価法の構築

本年度は4カ年計画の4年目である。初年度から3年目までには、ヒトiPS細胞由来心筋細胞のインシリコモデルを作成するための定量データを取得し、パッチクランプにより各種イオンチャネル電流を計測し、電流値及びキネティクスの値をコンピューターシミュレーションモデルに導入して、よりiPS細胞由来心筋に近づけることを行った。さらに、薬剤による催不整脈性を評価するために、心筋シートの実験結果と比較検討した。心筋シートモデルにおいてもIK1電流の電流密度が薬理作用に影響することを見出した。4年目は、これまでのイオンチャネルの機能と収縮機能に関わる定量的データをインシリコモデルを活用して統合した。そして、催不整脈性がある薬物、心房もしくは心室に特異的に作用する薬剤を評価する新規の統合的なアプローチ法として、薬物による心電図波形変化のリストや新たなチャネル分子複合体の関与を提案・発表した。特に、収縮解析法として、非侵襲的に収縮機能を計測する動きベクトル法により、組織型(心房vs.心室)の識別法の開発については、組織型ごとにCa拮抗薬や自律神経系調節薬の作用が異なることを見いだし、薬効評価に影響を与える要因のあぶり出しに成功した。拍動ごとの細胞内Naイオン変化との関係については、解析後に行う細胞染色がうまくいかなかったものの、汎用されるエストロゲン製剤のひとつがhERGチャネル阻害薬の作用に影響するなど、不整脈発生への影響因子について新たな知見を得た。以上より、今年度は、4年間の総まとめとして、ヒトiPS細胞由来心筋細胞とコンピューターシミュレーションを結びつける2つの鍵、イオンチャネル制御と力学的機能解析について、新たな知見を得ることに成功した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、突然死に代表される重篤な医薬品副作用の予防を長期目標とし、ヒトiPS細胞とコンピュータシミュレーションを統合心したアプローチにより、心毒性を予測する新たな方法を構築することを目的とする。本年度は,ヒトiPS細胞由来心筋細胞モデルを構築するために、イオンチャネル電流を計測し、成人心室筋の細胞モデルの値と大きなギャップはないかどうか調べた。まず、内向き整流性(IK1)チャネル機能が成人心室筋モデルの1割程度であったので、活動電位波形およびhERG阻害作用に対するIK1チャネルの機能の影響について、シミュレーションモデルを用いて調べた。その結果、洞房結節等のペースメーカー細胞と同様に,ヒトiPS由来心筋細胞においてもIK1機能が自動能消失の決定因子であり、IK1機能が低いとhERG阻害が静止膜電位に影響することが示された。そこで、アデノウイルスベクターでKCNJ2遺伝子を導入したiPS由来心筋を作成したところ、自動能は消失し、活動電位はプラトー相を持つ心室筋様波形を示すようになり、hERG阻害の影響は、活動電位幅の延長作用のみに限定され、シミュレーション結果が実証された。本結果は、ヒトiPS由来心筋を用いて、イオンチャネルブロッカーの作用を解析する際に有用な情報を与えるものである。ヒトiPS由来心筋細胞の利用は、in vitroでヒト心筋の収縮障害を検証できる点も大きな利点である。そこで、超高速ビデオ画像から動きベクトルを算出して、非侵襲的に、抗がん剤(ドキソルビシン)の心毒性を調べた。急性的に収縮ー弛緩時間の延長が見られた後、24時間以上後の慢性作用では収縮および弛緩速度が低下した。一般に抗がん剤の心毒性は慢性的に見られることから、本法は抗がん剤心毒性評価に有用であると思われる。本研究の目的は、ヒトiPS細胞とコンピュータシミュレーションを統合心したアプローチにより、心毒性を予測する新たな方法を構築することである点を鑑み、当該年度は下記の2つの事項が進展したと言える。まずは、ヒトiPS由来心筋細胞において、内向き整流性カリウムチャネル(IK1)機能が活動電位波形のみならず、hERG阻害に対して与える影響を調べるためのシミュレーションモデルを作成し、定量的に実証することに成功した点である。次に、抗がん剤の心毒性(収縮障害)が慢性的に現れることを定量的に解析する実験系を構築した点である。以上の2点は、本研究計画の遂行において基盤となる技術の確立を意味しており、次年度以降の展開に向けて、順調に進展していると判断できる。本研究は、突然死に代表される重篤な医薬品副作用の予防を長期目標とし、ヒトiPS細胞とコンピューターシミュレーションを統合したアプローチにより、心毒性を予測する新たな方法を構築することを目的とする。昨年度までに、内向き整流性カリウムチャネル(IK1)の機能が成体心室筋モデルと比較して約1割程度であることを示し、IK1をコードするKCNJ2遺伝子を市販ヒトiPS細胞由来心筋細胞に導入し、薬物評価系を構築した。また慢性の薬剤作用を調べるための非侵襲的実験系の構築も開始した。本年度は、IK1チャネル以外の電流成分として、Naチャネル電流、Caチャネル電流、Ifチャネル電流の測定を行い、得られた電流値をシミュレーションモデルに組み込んだ。IKs電流とhERG電流は通常の生理的条件では他のイオン電流と分離することが困難であったため、外液のカリウム濃度を細胞内と同等にすることでカリウム平衡電位をゼロにして、いくつかの陽イオン電流を不活化し脱分極刺激も小さくすることで、各電流成分を単離することに成功した。

これらのカリウムチャネルの電流値は薬物反応に大きく影響するので、次年度にデータの例数を追加し、値を決定することを予定している。また、薬物誘発性不整脈の発症性差に関連する国際共同研究をの論文が受理された。KCNJ2に関する論文はリバイス中である。今年度は、一部の抗がん剤のように心収縮機能に対して慢性作用を有する薬剤の評価を見据えて、動きベクトル解析法の開発を更に進めた。8日間、ヒトiPS細胞由来心筋細胞シートの収縮機能を安定的に継続することに成功し、日本安全性薬理研究会および国際安全性薬理学会にてポスター発表を行った。また、自動培地交換システムにつながる技術の開発を進める研究の結果を利用することで、心肥大シグナル等の病態心筋における筋収縮の機能変化についてもパラメーターを取得する。本研究の目的は、ヒトiPS細胞とコンピューターシミュレーションを統合したアプローチにより、心毒性を予測する新たな方法を構築することである点を鑑み、当該年度は下記2点が進展したと言える。1点目は、カリウムチャネル定量測定の方法を開発した点である。ヒトiPS細胞由来心筋細胞のモデル構築において、小さいコンダクタンスのカリウムチャネル電流値を求めることは、困難かつ重要な課題であった。当該年度は、その為に細胞外液のカリウムイオン濃度を細胞内液と同等にすることで、平衡電位をゼロ付近にして、少ない電位刺激で電流を活性化できるようにした。この条件であると、リーク電流のコンタミネーションが減るため、電流成分を単離するのに有利である。この溶液条件で特異的阻害剤に感受性の電流成分を単離できる電位パルス条件を特定することが出来たことが今年度の成果である。この実験系を構築するに当たって、当初の予定通り、モルモット心室筋細胞の値と比較する事に加えて、ヒト心筋から得られたtotalRNAでのチャネル関連遺伝子の発現レベルも参考にした。2点目としては、心収縮機能を長期間安定的に測定する方法を構築した。ヒトiPS由来心筋細胞の維持のためには、細胞外の培地を2日に1回、半量を置換する。その前後で、筋収縮力が落ちることを見いだした。そこで、37度蓄熱材の上で培地交換をするなど、工夫を凝らすことにより、8日間、収縮力が全く減弱しない条件を見つけることに成功した。本研究は、突然死に代表される重篤な医薬品副作用の予防を長期的目標とし、ヒトiPS細胞とコンピューターシミュレーションを統合したアプローチにより、心毒性を予測する新たな方法を構築することを目的とする。初年度から3年間をかけて、ヒトiPS細胞由来心筋細胞の特性について、パッチクランプ法を中心とした技術により定量的に解析した。その結果、内向き整流性カリウムチャネル(IK1)の機能が成体心室筋モデルと比較して、約10%であるという結果を得た。次に、IK1をコードするヒトKCNJ2遺伝子を市販ヒトiPS細胞由来心筋細胞に導入することで、成体心室筋(成熟心筋)の細胞特性を模倣することに成功した。この心室筋様性質は、細胞シートから細胞外電位を計測した場合にも保たれており、刺激に応じて細胞興奮を惹起し薬剤の頻度依存性を検討することが可能となった。本論文は、Journal of Pharmacological Sciencesに受理された。
肺胞・気管支上皮におけるMOB1の機能解析

Hippo経路は、細胞密度や細胞のサイズ、細胞外マトリックスの硬度など周囲環境からの機械的刺激を感知するユニークな経路であり、細胞分化や器官のサイズ、腫瘍の発症・進展制御に関与することから、近年注目を集めている。本研究では、Hippo経路のコア分子の一つであるMOB1A/MOB1Bの肺胞・細気管支上皮特異的な完全二重欠損マウスを作製し、MOB1A/MOB1Bによる肺胞・細気管支の形成や腫瘍形成について解析し、MOB1A/MOB1Bが肺胞・細気管支の形成・機能維持に重要であることを見出した。また、MOB1A/MOB1Bは17型コラーゲン依存性に肺幹細胞維持に関与することを見出した。日本人の死因の中でがんは最も多く、高齢者に至っては2人に1人ががんで死亡する。またがんの中でも、特に肺がんによる死亡率が最多であることから、肺がんの発症・進展機構の解明が急務である。近年接触抑制に重要なシグナルとしてHippo経路が注目されている。Hippo経路はショウジョウバエにおいて、細胞接触などの外からの力を感知して、細胞増殖を適切に制御するシグナル経路として報告された。MOB1AやMOB1BはHippo経路のコア分子であり、MOB1Aはヒト非小細胞性肺がんの2/3の症例で発現低下をみることから、肺がんの発症・進展に重要であると予想されている。そこで申請者はMOB1A/1Bによる肺胞・細気管支の形成・維持機構やその破綻による発がんへの関与を検討するためにMOB1A/1B完全二重欠損マウスを作製・解析した。胎生期からMOB1A/1Bを欠損させると、特にII型肺胞上皮の未分化性が増大し、ラメラ小体の減少、未分化cuboidal cellの増加、界面活性物質産生低下をみ、生化学的にYAP/TAZの活性化は亢進していた。次に成体になってからMOB1A/1Bを欠損させると、細気管支上皮が気管支内腔に剥離し、肺幹細胞(BASC)も減少した。この原因としてはヘミデスモゾームを構成するCol17a1の発現低下によってヘミデスモゾーム形成が低下していたことによるものと思われた。さらにこのマウスではウレタン投与による肺腺腫や肺腺癌の形成が予想外に抑制されていたが、その原因は肺幹細胞(BASC)の減少による可能性が考えられた。日本人の死因の中でがんは最も多く、特に肺がんによる死亡率が最多であることから、肺がんの発症・進展機構の解明が急務である。近年、接触抑制に重要なシグナルとしてHippo経路が報告され、Hippo経路のコア分子のひとつであるMOB1Aはヒト非小細胞性肺がんの2/3の症例で顕著な発現低下を見ることから、肺がんの発症・進展に重要であると予想されるものの個体レベルでの機能はわかっていなかった。そこで本研究では、MOB1 A/1Bによる肺胞・細気管支の形成・維持機構やその破綻による発がんの有無を解明するため肺胞・細気管支上皮特異的なMOB1 A/1B欠損マウスを作製し、解析を行った。前年度までに胎生期から肺胞・細気管支上皮特異的にMOB1 A/1Bを完全に欠損させると、出生直後に新生児呼吸促迫症候群(IRDS)様の病態を呈して全例致死となることや、成体になってからMOB1 A/1Bを完全に欠損させると、Collagen17a1の発現が著しく低下して、細気管支上皮細胞の気管支内腔への剥離を生じ、ウレタン誘発性肺腺がん形成が顕著に抑制されることを見いだした。成体になってからMOB1 A/1B欠損でみられるこれらの表現型はCollagen17a1欠損マウスの肺においても類似の表現型が観察され、ヘミデスモソームの形成不良によることを見いだした。これらの成果は論文投稿準備中である。平成26年度には、同年度交付申請書に記載のある研究内容をほぼ全て遂行し、MOB1A/1Bによる肺胞・細気管支の形成・維持機構やその破綻による発がんに対する予想外の興味ある知見を見出していることから、本研究は予想外に進展したと思われる。病理病態医学平成27年度には、(1)Col17a1の発現低下のメカニズム、(2)マウスの表現型のYAP/TAZ依存性、(3)ブレオマイシン投与後の肺の炎症と線維化、(4)喘息モデルにおけるHippo経路の関与などを予定しており、平成27年度中に結果をまとめて論文投稿することを目指す。
特異的シナプス形成過程に関与する分子の同定と動態観察

神経回路は神経細胞が標的の神経細胞や筋肉細胞とシナプスと呼ばれる接着構造を介してつながることで構築されている。神経細胞は特定の標的細胞を認識し、それとのみシナプス結合を形成することにより、特定の機能を生み出す回路を形成する。本研究においては、高度な遺伝子操作が可能なショウジョウバエの神経系をモデルとし、シナプス結合の特異性の決定に関わる新たな機構を解明するとともに、動物個体内で進行するシナプス形成過程の可視化に成功した。本研究では特異的シナプス形成過程の分子基盤を解明することを目指す。このため単一の神経細胞とその標的細胞間の結合過程を解析できるショウジョウバエ神経筋結合系を用いた研究を行う。ショウジョウバエ胚の筋肉(各半体節に30本存在する)は、それぞれ特定の運動神経細胞により支配される。本年度研究ではこの系を利用して神経の標的認識に関わる分子を網羅的に同定することを試みた。このため、マイクロアレイを用いた研究を行った。具体的には、隣り合った筋肉(M12とM13)間で発現量の異なる遺伝子をDNAチップにより検出し、多数同定した。このうちM13に発現し、WNTファミリーに属する分泌蛋白質WNT4に着目し、その機能解析を行った。WNTファミリーは最近軸索誘導に関与することが示されていることから、標的認識過程にも関与する可能性が高いと考えた。そこでまず、Gal4-UAS系を用いて筋肉全体に強制発現させた。その結果、WNT4の異所発現がM12上でのシナプス形成を阻害することを見いだした。このことは、WNT4が通常M13に発現し、M12を支配するべき運動神経に対し阻害的に働きかけることにより、M13ではなくM12にシナプスを形成させる働きを持つことを示唆している。このことをさらに検証するため、機能欠失体の解析を行った。その結果、欠失体ではM12でのシナプス終末が小さくなり、一方M13での終末が大きくなっていた。このことはWNT4の非存在化では、M12を支配するべき運動神経は、M13へと伸びてしまうことを示しており、上記の仮説をさらに支持するものである。以上の結果から、WNT4は阻害的な働きを通じ、特異的シナプス形成に関与することが示された。本年度は、標的認識の後、いかにして特定のプレとポスト細胞間にシナプスが構築されるのかを明らかにするため、シナプス部に存在する機能分子の動態をin vivoで可視化し、その集積機構を明らかにすることを試みた。特に、細胞接着分子を介した細胞間相互作用の役割に着目した。細胞接着分子のシナプス形成への関与は、主に培養細胞を用いた実験で示されてきたが、生体内での機能は未だ不明である。本研究において我々は、シナプス形成が進行する位置と時期がほぼ正確に決まっていて生体内での解析が可能な、ショウジョウバエの神経筋結合を用いて、細胞接着分子ファシクリン2(Fas2)のシナプス形成における役割や動態を解析した。ショウジョウバエの神経筋結合系において、運動神経細胞と筋肉は両者ともに細かい突起を伸ばして互いを認識し、特定の接触を安定化することにより、シナプス部を形成する。我々はこの過程における、Fas2(NCAMホモログ)と、Dlg(PSD-95ホモログ)の動態と機能に着目した。これら分子はPDZドメインを介し結合することが知られている。まず、GFPとの融合蛋白質(Fas2-GFP、Dlg-GFP)を特定の筋肉において発現することにより、これら分子が形成直後の後シナプス部に集積することを見いだした。さらに1.Fas2-GFPの後シナプス部への局在は、プレのFas2に依存するがDlgには依存しない、2.Dlg-GFPの後シナプス部への局在はFas2に依存する、3.細胞内領域を欠くFas2欠失分子でも後シナプス部に局在する、という知見を得た。以上の遺伝学的証拠から、プレのFas2が細胞外領域における直接的な相互作用によりポストのFas2をシナプス部へと集積させ、さらにポストのFas2が細胞内の相互作用を通じて、Dlgをシナプス部に集積させるという、トランスシナプティックなシナプス誘導の機構の存在が浮かびあがった。以上の結果は、細胞接着分子によるトランスシナプティックな細胞間相互作用がシナプスの誘導に関与することの生体内での証拠を提出するものである。神経回路網の形成過程において、神経細胞は、でたらめにどんな相手とでも結合するわけではなく、特定の標的細胞を認識し、それとのみシナプス結合を形成する。本研究ではショウジョウバエ神経筋結合系を用い、標的特異性の決定機構を探っている。本研究ではこの系を利用して神経の標的認識に関わる分子を探索した。標的認識に働く分子は個々の標的筋肉細胞間で発現様式が異なると予想されるので、筋肉間で発現量の異なる遺伝子をDNAチップにより検出することでそのような分子を同定できると考えた。

昨年度までの研究により、異なった運動神経細胞に支配される隣あった筋肉、12と13間で発現差異のある遺伝子を、DNAチップを用い多数同定した。本年度は、そのうちのひとつで筋肉13において発現する分泌タンパク質Wnt4に着目し機能解析を行った。Wnt4の欠失変異体では本来筋肉12を支配する運動神経が、筋肉12に加え、非標的細胞である筋肉13にもシナプスを形成していた。逆に、Wnt4を筋肉12で異所発現させると、筋肉12におけるシナプス形成が特異的に阻害された。これらの観察結果は、Wnt4が筋肉13において発現し、近傍の筋肉12を支配するべき運動神経に対し阻害的に働きかけることにより、それらが正しい標的細胞と結合するように制御していることを示唆している。われわれはまた、運動神経においてWnt4のシグナルを受容する受容体の候補としてFrizzled2とDerailed2を同定した。以上の結果は、非標的細胞からの阻害的なシグナルが、シナプス結合の特異性の決定に必須の役割を果たすことを示した最初の例であり、標的認識の分子機構に関する重要な新知見を与えるものである。発生過程において神経細胞はいかにして,その標的細胞を正しく見つけだすのか.この問いに答えるため、以前の計画において,異なる運動神経細胞によって支配されている隣り合った筋肉12及び筋肉13に着目し、これら標的筋肉間において発現に差のある遺伝子を、比較マイクロアレイ解析を用いて、多数同定した。本計画においては、これら遺伝子の機能解析により、新たな標的認識分子としてTollを同定するとともに,Tollの転写制御に関わる分子としてTeyを同定した。Tollは,筋肉13に選択的に発現するLRR(leucine-rich repeat)膜タンパク質である.Tollの機能欠失および異所発現の影響を調べた結果,Tollが筋肉12を支配するべき運動神経細胞に対し阻害的に働きかけることにより,それらが正しい標的細胞(筋肉13ではなく筋肉12)と結合するよう制御していることを見いだした.次に,Tollの転写制御因子として筋肉12に特異的に発現する核タンパク質Teyを同定した.Teyの機能欠失変異体では,Tollが筋肉12において異所発現していた.逆にTeyを筋肉13で強制発現させると,筋肉13におけるTollの発現が減少した.さらにこれら変異体における神経投射の解析から,TeyがTollの発現抑制を通じて,神経支配の特異性を決定していることを示した.以上の結果は,阻害因子の負の転写制御により,標的特異性が決定される仕組みを初めて明らかにするものである.
鹿の地方病性運動失調症の病理学的並びに予防に関する研究

前年度および前々年度における成績から、中国で集中発生した運動失調症は、明らかに銅代謝障害によることが強く示唆された。従って、本年度は銅がもたらす生体内の病態を実験を加えて病理学的に検討した。得られた成績は次の通りである。1.シカの地方病性運動失調症における肝臓の病理形態学的検討:生体の銅代謝に重要な役割を果たしている肝臓について検討を加えた。(1)組織学的には、共通的に肝細胞は混濁腫脹に陥り、多数の微細空胞を形成していた。(2)P-dimethylamino-benzylidene-rhodamine銅染色を用いた組織化学検査的では、発症例は健康例に比較して銅果粒の著しい減少を示していた。(3)電子顕微鏡観察で、肝細胞は明調・暗調の両細胞が識別された。明調細胞は、細胞質内ミトコンドリアが著しく膨化・変形し、クリスタ構造は規則性を失い、さらに融解して不明瞭となっていた。また同時に、限界膜に包まれ時折フィラメンタスな構造を容れた中電子密度のペルオキシゾームの増数を伴っていた。これら構造に加え細胞質内には様々な不整形高電子密度果粒が観察された。またリボゾームが減少し、タンパク合成能の低下が窺われた。暗調細胞の核あh変性に陥り、ミトコンドリアの融解によって細胞質内小器官は識別不能となっていた。すなわち、本症の肝臓病変は慢性に経過する消耗性ないし代謝機能低下として理解され、ミトコンドリアの変性およびペルオキシゾームの増数は、銅含有酵素チトクロームオキシダーゼ等の酵素系の障害が注視された。2.シカ地方病性運動失調症における血管系病変の病理:銅代謝異常と血管障害が指摘されている。そこで本研究は全身の動脈系血管の病態について病理形態学的に検討を加えた。その結果、発症例共通的に脊髄クモ膜下腔脊髄動脈および辺縁枝動脈、大動脈弓、胸大動脈、腹大動脈、その他諸動脈の繊維化並びに弾性繊維の断裂・消失が観察された。これら変化は、タンニン酸染色を用いた電子顕微鏡観察においても明らかにされた。すなわち、無構造高電子密度の弾性繊維は、均質性を失い断片化ないし消失し、平滑筋細胞間は膠原繊維の増生によって拡張していた。かかる弾性繊維の特徴的変化は、本症が銅欠乏との因果関係を強く示唆し、エラスチンのペプチド間架僑の形成に関与する銅含有酵素lysyl oxidaseの活性低下が推考された。加えて、本症の特徴である脱髄の病理発生に対して、脊髄血管障害による循環障害(虚血)が重視された。3.実験的銅欠乏ラットにおける肝臓の微細構造変化:シカ地方病性運動失調症は、病理学的ならびに臨床生化学的に銅代謝異常が強く考察されたので、ラットを用いて実験的銅欠乏を作出し、その病態を比較検討した。その結果発症鹿と本質的に類似の病理変化ならびに生化学的変化が認められた。結論:中国で集中発生したシカの地方病性運動失調症は、原因学的には慢性且つ持続性の銅欠乏による。本症の病理学的特徴である脊髄における脱髄は動脈性血管障害、とくに脊髄動脈系血管壁の繊維化並びに弾性繊維の変性と密接な関係で生じるものと解される。なお、最終年度にあたり、これら一連の研究成果は第118回日本獣医学会にて、中国の共同研究者を招き報告した。

その結果、発症例共通的に脊髄クモ膜下腔脊髄動脈および辺縁枝動脈、大動脈弓、胸大動脈、腹大動脈、その他諸動脈の繊維化並びに弾性繊維の断裂・消失が観察された。これら変化は、タンニン酸染色を用いた電子顕微鏡観察においても明らかにされた。すなわち、無構造高電子密度の弾性繊維は、均質性を失い断片化ないし消失し、平滑筋細胞間は膠原繊維の増生によって拡張していた。かかる弾性繊維の特徴的変化は、本症が銅欠乏との因果関係を強く示唆し、エラスチンのペプチド間架僑の形成に関与する銅含有酵素lysyl oxidaseの活性低下が推考された。加えて、本症の特徴である脱髄の病理発生に対して、脊髄血管障害による循環障害(虚血)が重視された。3.実験的銅欠乏ラットにおける肝臓の微細構造変化:シカ地方病性運動失調症は、病理学的ならびに臨床生化学的に銅代謝異常が強く考察されたので、ラットを用いて実験的銅欠乏を作出し、その病態を比較検討した。その結果発症鹿と本質的に類似の病理変化ならびに生化学的変化が認められた。結論:中国で集中発生したシカの地方病性運動失調症は、原因学的には慢性且つ持続性の銅欠乏による。本症の病理学的特徴である脊髄における脱髄は動脈性血管障害、とくに脊髄動脈系血管壁の繊維化並びに弾性繊維の変性と密接な関係で生じるものと解される。なお、最終年度にあたり、これら一連の研究成果は第118回日本獣医学会にて、中国の共同研究者を招き報告した。平成4年7月1日から7月14日までの2週間,鹿の地方病性運動失調症の病理学的研究を中国・長春獣医大学と共同で行った。本年度は本病が多発している吉林省・遼源市の鹿牧場の疫学および血液学的検討,ならびに病理解剖による病態検査を重点項目とした。また同時に,未発生牧場である遼寧・の西豊鹿牧場を比較調査した。1.発生調査:発生牧場である遼源牧場は1953年に開設され,現在は12001500頭の梅花鹿が飼育されている。運動失調を特徴とする鹿病は1985年より発生し,現在に至っている。平均10%の発生率であるが,特に初秋に多発する傾向がある(14%)。その発生は離発的で,親子,年齢および雌雄関係は指摘されない。2.臨床所見:特徴は後肢の虚弱・動揺・活力低下を示す腰萎症状(Incoordination; Ataxia)である。重症の場合は起立不能に陥るが,経過は進行性で且つ緩慢である。慢性経過した個体は栄養状態が悪く,被毛は粗剛・失沢し,しばしば脱毛を来たしている。3.血液学的所見:遼源鹿牧場の罹患例60頭,健康例46頭の血液検査を行った。赤血球数(_X10^4):罹患鹿842±25.0,健康鹿1093±14.2,血清銅:罹患鹿--♂5.88±0.19,♀5.56±0.22,健康鹿--♂16.49±0.67,♀7.55±0.19U/L,血清鉄:罹患鹿--♂31.64±0.90,♀27.12±1.15,健康鹿♂26.29±1.26,♀23.99±0.99U/L4.病理解剖所見:病理解剖例7頭について,組織学的に検討した。共通かつ特徴的病変は,1)脊髄白質における脱髄,2)脊髄軟膜の細胞性肥厚,3)脊髄軟膜下細胞脈壁の肥厚,4)血鉄症,5)全身リンパ節におけるアミロイド沈着,6)増殖性糸球体腎炎本年度における病理学的検索により,運動失調症は脊髄白質変性に起因することが明らかになった。また,血清銅の低下と血清鉄の増加が指摘され,本症の発生に代謝異常が推察されたが,組織学的に認められた全身性の免疫異常を示唆する病態との関連性について検討する必要が残された。
内海沿岸水域における水塊形成過程に関する研究

備讃瀬戸と播磨灘の遷移海域に測線を設けその水塊構造を観測した。湾の成層は潮汐と日射の位相差で変化しつつ陸水起源の低塩水が受熱して湾外に熱と淡水の浮力を排出する対流循環で維持されており水塊形成のモデルとなっている。夏の水塊は過安定熱塩成層の潮汐フロント、冬は熱塩河口フロントが沿岸に出現する。この季節変化とは無関係に陸棚の浅海底高濁層が変動しながらも定在し、底層・表層濃度比は通常10以下である。この高濁層が海域を東西に行き来する潮流に応答することをADP潮流観測で明らかにした。潮流最強時は表層50-60cm/sの対数則、加減速を伴い濃度成層が伴うと40-50cm/sの対数+直線則が成立する。他に後流の排除厚が増すと80-90cm/sの直線+対数分布も現れる。粗面の対数則から懸濁物の質をみると摩擦速度1.52cm/s,相当粗度0.093.3cm、土砂換算粒径は2050μmとなり、高濁層が潮流によると確認された。夏の深水層の酸素飽和度は40%以下、11月に80%、12月は飽和する。これに対応して生物群集は岸から沖に拡大し高濁層外縁部を占める。これより濁りの相当部分は生物起源と推察された。有機態のC:P比は100前後であるが、N:P比は16を15倍も上回りレッドフィールド比からみて窒素過剰になっている。春のブルームは沿岸の濁りを増大させ濁質は海底を這う下層密度流で深部に輸送される。時期的に淡水湖の珪藻沈降と類似で、海底の窪みに入ることを確認した。河口近傍のNa分布から満潮憩流時に側線を横切る低塩分帯を捉えた。軽量または溶存態元素群Li,B,Srは一様分布、懸濁態金属群Fe,Al,Mn,Znは浮遊砂と相似形を示す。また底質中のFe,Al,Mnはプリューム縁端に残留して河口流出流と対応をみせた。浅水波による底質移動について藻場の瞬間流速分布を実験的に検討した。高濁層は土砂以外の懸濁物として生物粒子、金属元素も含み、鉛直混合が活発な海域の特徴が示された。岡山県南東部の瀬戸内海、播磨灘北西端の日生海域で陸水起源の水塊形成とその季節変化を5回の現地観測で明らかにした。日生諸島小湾の初夏の水温成層は対流循環により維持され、塩水楔と同様の連行作用で湾内下層水は溶存酸素飽和度がやや低下すること、また湾外は海面浮力束が陸水より数倍大きく潮流の熱輸送の存在が示された。こうして加熱期の水塊は陸水の供給で形成される。

すなわち日生・小豆島測線にもみられる夏季水塊構造は塩分成層に支えられた薄い日成層であり(7月)、適度の植物プランクトンが表層水塊の酸素濃度を高め、このことは富栄養化した水域の状況を示している。夏の弱成層は陸水の流出量次第で初秋(9月)には衰退し、ついで現れる冬季水塊構造は海側で高塩分高温、陸側は低塩分低温の弱い熱塩フロント(密度極小)がその境界となる(11・12月)。この境界やや沖側、水深15m付近の海底近傍からは潮流により濁りが発生するが、濁水範囲が底層に限定されることから粗い粒子も浮遊していると考えられる。また溶存態リン濃度なども周囲より若干高い傾向にあるが、クロロフィルはこれよりも陸側(日生側あるいは小豆島北沿岸)に多く、強い流れを回避するものと推測される。1998年は8月中の降雨が少なく内海西部と同様に日生も秋のブルームが懸念されたが、9月後半と10月半ばの台風の影響で塩分が低下かつ一様化(9月)し、深水部は水温逆転層も随所にみられた(10月)。10月観測では珪藻の糸状コワニーにデトライタスと思われる軽量粒子が付着した浮遊物が肉眼で観察され、サイズは小型化したが11月末までこの浮遊物が残留し、クロロフィル鉛直分布にも極めて弱いピークがみられた。以上のよう生物群集の季節変化は海洋生態系のそれとも類似しており、これらのことから類推すれば春季の水塊構造は夏と同様に陸水が表層を沖へ張出し、プランクトンの増殖の一因となると考えられる。(1)衛星熱画像にみる水塊構造の形成機構・形成過程・環境評価のため(2)水塊構造の季節変化をみる断面観測と潮流観測を行った。(3)湾の熱成層は陸水起源低塩水が受熱し湾外に熱・淡水の浮力を排出する対流循環で維持されるが潮汐と日射の位相差で著しく変化する。(4)水塊構造は夏は成層鉛直構造、冬は熱塩フロント水平構造であり、この密度構造の季節変化を断面観測で検証した。(5)断面観測で水深15m付近の遷急部の浅水側に高濁層が常駐する。位置は一定だが濃度値と鉛直分布は変動し、濃度分布指標に半水深・基準点濃度比を用いた。(6)高濁層が潮流によることをADP潮流観測で明らかにし、潮流最強時は表層50-60cm/sの対数則、それ以外は排除厚が増し表層80-90cm/sの、多くは対数+直線則を得た。粗面型対数則より摩擦速度は1.52cm/s,相当粗度0.093.3cm、土砂等価粒径50100μmを得た。なお精度向上には濃度成層効果とADP伝播損失を補正する必要がある。(7)クロロフィルとDO分布から光合成環境をみた。夏の深水層は飽和度40%以下、11月に80%、12月は飽和を示す。採水のクロロフィル濃度2μg/lでプローブを検定した。有機態の炭素・窒素・リンのC:P比は106前後、N:P比は16を15倍上回る窒素過剰であった。春のプルームは沿岸域の濁りを増大させ、濁水は海底を這う下層密度流で深部まで輸送される。これは淡水珪藻増殖後の沈降と類似であるが、本観測では海底の窪みに入る状況を捉えた。(8)Na分布から満潮憩流時に測線へまわり込む低塩分水の帯を捉えた。他の元素の挙動は二種に分かれ、溶存態元素群Li,B,Sr濃度は深度によらず一様分布を示した。懸濁態金属群Fe,Al,Mn,Znは浮遊砂濃度分布と相似でFe,Al,Mnは特定の測点に集中し、流れや水塊構造の履歴との関係が示唆された。波浪による浅海底質移動については藻場上の浅水波の瞬間流速分布を測定した実験結果の、現地への拡張性を示した。