hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
人体デジタルモデルを用いた救急医療迅速化のための傷害予測手法の開発

本研究では、乗員と車両のデジタルモデルを用いて様々な衝突条件の前面衝突すなわちオーバーラップ率、衝突角度、衝突対象物などを変化させた条件のもとで多くのシミュレーションを行って傷害データベースを作製し、傷害予測を行うことを試みた。この際、傷害の予測精度を向上させるために、車両の衝突加速度に基づいてこれを分類し、それぞれのカテゴリー別に傷害予測式を構築することにより、精度を向上させることに成功した。その結果は、前面衝突について導かれた結果であるが、他の側面衝突あるいは後面衝突などの衝突形態においても、本研究で得られた考え方は有効であると考えている。自動車の有限要素モデルと乗員および客室のマルチボディモデルを用いた様々な前面単独衝突のシミュレーションを行い、衝突加速度や車体損傷に関する衝突データベースを作成した。そして、階層的クラスター分析により衝突加速度の波形の特徴に着目して、前面衝突を7つの衝突形態に分類することにより、衝突形態ごとに衝突加速度および車体損傷の特徴が異なるだけでなく、衝突加速度と車体損傷との間に相関関係のあることを明らかにした。更に、衝突加速度の波形と大きさの特徴を、衝突形態と衝突前後の車両速度差(△V)の二つだけのパラメータで代表させることにより、事故時の衝突加速度から衝突形態を容易に判別できる手法を提案した。衝突データベースにある車体損傷すなわち客室変形を分析し、衝突加速度との相関を調べ、客室変形のうち最も乗員に近いブレーキペダルが乗員の傷害に関係すると考え、その変位が客室変形を代表するものであるとした。そして、衝突形態別にこの客室変形すなわちブレーキペダルの変位量と△Vの間には固有の関係があり、客室変形と衝突加速度とは互いに相関関係にあることを明らかにし、各衝突形態の客室変形の特徴は、衝突形態および△Vにより表されることを示した。乗員の頭部、胸部、下肢の傷害に着目して、その発生メカニズムと傷害リスクカーブを対象として、7種類の衝突形態の様々な△Vにおける衝突加速度と客室変形を入力として傷害解析を実施し、傷害データベースを作成し、衝突形態に応じて傷害と△Vの相関関係が顕著に異なり衝突形態の判別が重要であることを明らかにした。続いて、この相関関係を傷害リスクカーブで表し、△Vを変数とした重傷発生確率についての乗員傷害予測式を衝突形態別に導出し、事故時の衝突加速度から衝突形態と△Vを抽出し、乗員傷害を予測する手法を提案し、実際の前面衝突事故事例に対して適用し、その精度を検証した。本年度は、他車が自車の前面から側面まで角度範囲に衝突する交通事故に絞り、乗員の傷害を予測する手法とその信頼度を向上させる方法について研究を行った。その結果、衝突角度が前面から側面に移行するにつれて車室の変形が大きくなって乗員との干渉が大きくなり、傷害予測の精度を向上させるためには、車体変形を予測する必要があるという考えに至った。特に、軽自動車など小型の車両では、この変形を無視した傷害予測は現実的ではないと言える。そこで、利用可能な車体の有限要素モデルを用いて様々な衝突事故シミュレーションを行い、乗員傷害データベースに加えて車両加速度データと車体変形データに関するデータベースを構築することにより、乗員傷害と車両変形を瞬時に予測可能とする方法について検討を行った。加速度データから得られるΔVの車両の前後および左右方向の二次元成分と衝突角度との間には相関のあることが分かり、車両の変形は加速度波形と強い相関のあることが分かった。すなわち、衝突時の加速度データから車両の事故時速度差を求める事により衝突方向と車両の変形方向がすることが出来た。更に、加速度波形から車両の変形位置と変形程度を予測する方法が可能となった。これらにより、ΔVから得られる車両変形に関する情報を盛り込むことにより、より信頼性の高い傷害予測手法が構築できることが分かった。予測された結果の検証は、交通事故総合分析センターにより収集された事故データ、千葉県において収集された交通事故データ、共同研究企業において行われた事故再現実験および自動車アセスメントにおいて行われた衝突実験データなどを用いて行った。本研究は、人体の全身デジタルモデルを用いて様々な仮想事故シミュレーションを行って傷害データベースを作製し、このデータベースから事故情報を説明変数とした傷害予測式を構築することを目的としており、初年度は、マルチ・ボディ・ダイナミクスの理論に基づいた人体全身デジタルモデルをソフトウエアMADYMOに構築するとともに、そのモデルをハイブリッド化するために、傷害解析が重要な部分については有限要素モデル化を行なった。特にマルチ・ボディ・モデルは、腕や脚の先端部分が簡単化されており、その有限要素化が必要であった。同時に頭部も複雑な傷害の解析が必要であるため有限要素モデル化を行った。また、身長や体重などの全身形状は個人差が大きく、また年齢や性差も傷害内容や程度に深く関係するので、個体別モデルの構築と人体の強度に関する影響も考慮する必要があった。個体別モデル製作に関しては、申請者が過去に行なった手法が有効であった。人体の強度に関しては、アメリカの大学(例えばバージニア大学やウエイン大学)などが公開している資料が役立った。高齢者のモデル構築に関しては、十分なデータが無かったために、人体強度の統計データを調べるだけに留まった。

製作した人体モデルの精度検証に関しては、日本の交通事故総合分析センターや米国のURGENCYなどが取集した事故データを利用して行った。更に、人体モデルを用いて交通事故傷害シミュレーションを行うためには、キャビンのモデルが必要となるので、これについても詳細な有限要素モデルの構築を行った。これらの成果により仮想の交通事故における乗員の傷害シミュレーションを実施するための準備が整ったことになる。なお、これらの成果については、平成23年度自動車技術会において発表したが、平成24年度も自動車技術会にて発表する予定である。自動車の前面衝突事故における乗員の傷害に関与する多くの因子を、衝突形態と衝突前後の車両速度差の二つだけに集約することにより、衝突加速度のみから乗員傷害を瞬時に予測する手法を構築することに成功した。実際の事故では、女性や高齢者など交通弱者の被害が大きくなる傾向があるが、これらのモデル作製を行うには身体形状や人体の耐性などに関するデータが不足しているため、平均的な成人の結果から相似的に求めるのが現状では現実的な方法である。この問題に関しては、次年度も引き続きデータ収集などの努力を継続する。自動車全体の有限要素モデルと客室のモデル化に関しては、自動車会社の全面的な協力が得られたため、単に客室モデルに衝突加速度を入力するだけでなく、車体全体の有限要素モデルを使用することにより実際に近い衝突加速度を得ることが可能となった。研究実績の概要では触れなかったが、衝突方向の全方位化を図るために側面衝突における乗員の傷害予測についても研究を行った。しかし、側面衝突は乗員と客室構造物との間の空間が狭く、両者の直接的な接触衝突が避けられないため、前面衝突の場合とは大きく異なり、乗員傷害の推定に同じ手法を用いることが困難であった。同時に、前面からの衝突における衝突角度がどこまで前面衝突の範囲に入り、どこから側面衝突の範囲にはいるのかについても、その境界を明らかにするには至らなかった。しかし、オフセット前面衝突が斜め前方からの衝突形態に類似し、乗員の傷害をある程度予測できること、また側面衝突における乗員の傷害を予測するための因子についてはある程度明らかになって来ている。従って、総体的な研究の達成度は、個々には過不足はあるものの順調に推移しており、本助成金は大いに役立った。人体デジタルモデルの作成に関しては、日本人の身体寸法データベースを用いることにより身長や体重などを変数とする回帰式を求め、これらを与えることにより簡単にモデル作製が出来るようになったが、これまでの経験を有効に活用することが出来た。また、研究協力者(金沢大学・宮崎祐介助教、Hongik University・H.Y.Choi Professor、新潟大学・Jonas Aditya Pramudita助教)の意見とアドバイスが大いに役立った。
2020年代の情報通信ネットワーク構築に向けた包括的課題についての比較研究

主に平成26年度27年度にかけて着手予定であった「(2)現在問題となっている規律に係る分析」【連携研究者:横浜市立大学大学院国際マネジメント研究科中村彰宏教授】についての調査(WEB調査)を前倒して行った(平成26年1月2月)。ネットワーク中立性に係るトラヒックの混雑は、とりわけモバイル部門で顕著となっているとの問題意識のもと、モバイルネットワーク(3G、LTE)の混雑解消のため、仮に、特定のデータサービスについて利用を一定程度制限するような仮想的料金プランが提示された場合に、現在加入中の料金プランから乗り換える選択を行うかを調査・分析した。この研究成果を「モバイルネットワークの混雑解消に関する考察ーネットワークのオフロードに係るコンジョイント分析ー」と題して公益事業学会2014年度全国大会(平成26年6月15日、於駒澤大学)で発表したところ、ネットワーク混雑に関する意欲的な実証分析であり、テーマ設定や分析自体が非常に興味深い等の評価を受けた。本成果を論文に取りまとめ、現在当該学会の学会誌に投稿中である。加えて、平成26年度27年度にかけて着手予定の「(2)現在問題となっている規律に係る分析」【連携研究者:同上】についての調査(WEB調査)を行った(平成26年6月)。ネットワーク中立性に係る上記調査(平成26年1月2月)で顕在化した論点等を検証するためのもので、モバイル端末等における音声サービス・チャット機能等のボイスデータサービスの利用状況を調査した。調査結果を踏まえ分析し取りまとめ、今後適宜の場での発表又は学会誌投稿を目指す。平成27年度着手予定であった「(3)今後問題となる規律に係る分析」については、今後も独自に継続し、「2020年代の情報通信ネットワーク構築に向けた包括的課題についての比較研究」として一貫した研究成果として完遂させたい。主に平成25年度から26年度にかけて着手予定であった「(1)過去から直近で問題となっている規律に係る分析」【連携研究者:横浜市立大学大学院国際マネジメント研究科中村彰宏教授】について、ローカル・ループ・アンバンドリングが既存電気通信事業者の投資に与える影響に関して、国内学会及び国際学会で研究成果発表を行った(国内学会誌には査読付研究論文として平成26年3月に掲載済み)。本研究は、OECD加盟国の既存電気通信事業者の投資データを基にローカル・ループ・アンバンドリング(LLU)の導入が各既存電気通信事業者の投資に与える影響を分析したものである。先行研究は、ブロードバンド普及の要因分析を行う中でLLUについて実証するものが大半で、ブロードバンド普及率を被説明変数としている。これは、既存電気通信事業者及び新規参入事業者の両方の投資を反映した代理変数であるが、本研究では既存電気通信事業者の投資にのみ着目して分析した点で新奇性を有するとの評価を受けた。次に主に平成26年度27年度にかけて着手予定であった「(2)現在問題となっている規律に係る分析」【連携研究者:同上】についての調査(WEB調査)を前倒して行った(平成26年1月2月)。ネットワーク中立性に係るトラヒックの混雑は、とりわけモバイル部門で顕著となっているとの問題意識のもと、モバイルネットワーク(3G、LTE)の混雑解消のため、仮に、特定のデータサービスについて利用を一定程度制限するような仮想的料金プランが提示された場合に、現在加入中のデータ料金プランから乗り換える選択を行うかを調査・分析した。この研究成果を「モバイルネットワークの混雑解消に関する考察ーネットワークのオフロードに係るコンジョイント分析ー」と題して公益事業学会2014年度全国大会(平成26年6月15日、於駒澤大学)で発表するべく準備中(発表は確定)である。

主に平成25年度から26年度にかけて着手予定であった「(1)過去から直近で問題となっている規律に係る分析」について、平成25年度でおおよそ終了し、主に平成26年度27年度にかけて着手予定であった「(2)現在問題となっている規律に係る分析」に係る調査も既に一部を実施し、その結果を踏まえた論文発表の準備もほぼ整いつつあるため。主に平成26年度27年度にかけて着手予定であった「(2)現在問題となっている規律に係る分析」に係る残った調査を引き続き実施するとともに、平成27年度で取りまとめる予定の「(3)今後問題となる規律に係る分析」について、研究対象となる国の新聞や雑誌、研究機関・シンクタンクの刊行物を徹底的に収集し、また、関係国に関する各種調査を行い、制度的、実証的な分析を行う。更に(1)及び(2)のパートと本パートの研究成果を関連付け、一貫したものとなるよう配意し、研究成果発表のための準備を行う。今般の次年度使用額は、平成25年度支出予定に沿った執行の結果生じたもので、端数程度のものと理解している。今般の金額は端数程度のものであり、当該金額について特段の使用計画はないが、来年度の研究計画に沿って、併せて支出することとしたい。
N-mycがん遺伝子産物に対する抗体による小児がん診断法の開発

N-myc遺伝子は、神経芽腫や網膜芽腫など特定の小児悪性癌に限定して、その発現が認められている癌遺伝子の一つであり、myc癌遺伝子ファミリ-に属する。神経芽腫では数十倍におよぶN-myc遺伝子の増幅があり、その増幅程度と神経芽腫の悪性度とは強い相関があるといわれている。しかしながら予後不良例においてもN-myc遺伝子の増幅の全く認められない症例が見出されており、遺伝子増幅そのものよりはN-mycタンパクの発現量が神経芽腫の悪性度を規定している可能性がある。悪性の経過をとった神経芽腫の手術摘出組織をSouthern blot法で調べたところN-myc遺伝子の増幅は見られず、かつ多量のN-mycタンパクが発現されており、N-mycタンパクの発現は遺伝子増幅によってのみ起こっているのではないことが明らかになった。神経芽腫の悪性度を判定するためには遺伝子増幅だけでは不十分であり、N-mycタンパクの発現を調べることが必要であることが示唆された。網膜芽腫の臨床例6例では全例でN-myc遺伝子はsingle copyであったが、N-mycタンパクはいずれの症例でも陽性であった。また網膜芽腫ではN-myc遺伝子増幅が起こっているものは、神経芽腫(全症例の30%)と比べて非常に少ないことが明らかとなった。さらに、小児癌などにおけるN-mycタンパク量を定量化するために、抗pan-myc抗体の抗原となるpan-mycタンパク、およびN-pan-myc融合タンパクの大腸菌内での遺伝子工学的発現系(プラスミド:pCA221,pCA216)を確立し、この融合タンパクを量産、精製した。この融合タンパクをスタンダ-ド抗原として用いたサンドイッチ型ELISA法による高感度定量法を開発中である。本研究の目的は神経芽腫、網膜芽腫、Wilms腫瘍などの小児悪性腫瘍におけるN-myc癌遺伝子産物の発現量と癌悪性度との関連を検索し、新しい小児癌診断法を開発することにある。少量の臨床試料からN-myc遺伝子産物を同定・定量するためには、N-myc遺伝子産物に対する免疫特異性の高い抗体が必要である。そこで、本年度は遺伝子工学的手法を用いて抗原タンパクを大腸菌に大量産生させ、抗N-myc特異抗体を作成した。さらに、N-myc遺伝子産物の高感度定量法の開発に着手した。1.抗体作成用抗原タンパクはC-mycと相同性の少ないN-myc遺伝子第2エクソンのアミノ酸配列161245番の領域のDNA断片を当研究室で開発した大腸菌発現ベクターに挿入し、ベクタータンパクとの融合タンパクとして大腸菌に産生させた。その際、タンパクの安定性を増加させ、かつ抗原性を高めるために、N-myc遺伝子断片を3回直列に連結させベクターに挿入したところ、大腸菌の総タンパク当り約5%の融合タンパクを産生させることができた。単一に精製した融合タンパクをウサギに免疫して抗血清を得た。2.N-myc遺伝子の転写があるヒト神経芽腫培養株IMR-32とTNB-1およびc-myc遺伝子の発現があるヒト前骨髄球腫培養株HL-60を用いて、本抗体の免疫特異性をWestern Blot法により検討した。その結果、本抗体はc-mycと免疫交差せず、N-mycタンパクに特異的であった。3.本抗体は抗原認識部位がN-myc遺伝子の限られた一部分であるため、サンドイッチ型RIAを開発するには、これとは別の部位を認識する抗体を作成する必要がある。そこで、N-myc第3エクソンのDNA断片を発現ベクターに挿入し、抗原タンパクの大量産生系を確立した。現在、このタンパクの精製を行なっている。来年度はこれらの抗体を用いてN-mycタンパクの高感度定量法を開発し、臨床診断法を確立する。昨年度にひき続き、本年度以下の研究を行なった。

N-myc遺伝子は、神経芽腫や網膜芽腫など特定の小児悪性癌に限定して、その発現が認められている癌遺伝子の一つであり、myc癌遺伝子ファミリ-に属する。神経芽腫で数十倍におよぶN-myc遺伝子の増幅があり、その増幅程度と神経芽腫の悪性度とは強い相関があるといわれている。しかしながら予後不良例においてもN-myc遺伝子の増幅の全く認められない症例が見出されており、遺伝子増幅そのものよりはN-mycタンパクの発現量が神経芽腫の悪性度を規定している可能性がある。悪性の経過をとった神経芽腫の手術摘出組織をSouthern blot法で調べたところN-myc遺伝子の増幅は見られず、かつ多量のN-mycタンパクが発現されており、M-mycタンパクの発現は遺伝子増幅によってのみ起こっているのではないことが明らかになった。神経芽腫の悪性度を判定するためには遺伝子増幅だけでは不十分であり、N-mycタンパクの発現を調べることが必要であることが示唆された。網膜芽腫の臨床例6例では全例でN-myc遺伝子はsingle copyであったが、N-mycタンパクはいずれの症例でも陽性であった。また網膜芽腫ではN-myc遺伝子増幅が起こっているものは、神経芽腫(全症例の30%)と比べて非常に少ないことが明らかとなった。さらに、小児癌などにおけるN-mycタンパク量を定量化するために、抗pan-myc抗体の抗原となるpan-mycqタンパク、およびN-pan-myc融合タンパクの大腸菌内での遺伝子工学的発現系(プラスミド:pCA221,pCA216)を確立し、この融合タンパクを量産、精製した。この融合タンパクをスタンダ-ド抗原として用いたサンドイッチ型ELISA法による高感度定量法を開発中である。
若年女性の腰椎・踵骨骨密度に対する運動効果の検討

超高齢化が急速に進むわが国では、退行期骨粗鬆症の予防および治療について大きな関心が寄せられている。このような現状の中、骨量減少をいち早く認識し、その減少を抑え・骨量をいかに維持して骨粗鬆症を予防していくかが重要である。一方で、21世紀のわが国を予測すれば、若年者の低骨密度を予防し、それを骨粗鬆症予防へと発展させることが今日的課題である。骨密度測定部位は、腰椎が一般的であるが、踵骨は、解剖学的にも腰椎と類似しており95%以上の海綿骨より成り、しかも荷重骨である。さらに踵骨は加齢による変形が少ないため骨減少の早期発見にも、安全性の点からも優れるものと思われる。そこで、若年女性を対象に、腰椎および踵骨骨密度測定を実施し、また活動量(運動の有無)の影響を詳細に追求するために生活時間の連続心拍数調査を行い、骨密度に対する活動量の影響を検討した。さらに、簡便で、安全性に優れたSXA法による踵骨骨密度の有用性も検討した。その結果、運動群は非運動群に比べ、腰椎および踵骨骨密度において有意な高値を示し、骨密度に対する活動量の影響が明らかとなった。また、腰椎および踵骨骨密度の間に強い正相関が示され、踵骨骨密度は腰椎骨密度とともに骨代謝の指標に有用であることが示唆された。さらに、活動量の詳細な把握を目的とした連続心拍数調査では、運動群を対照とし、練習の有無における生活時間の連続心拍数の比較検討を行い、また、その対象として非運動群について同様の調査を実施した。運動群対象者では、運動負荷により、最大および平均心拍数の明らかな高値が示され、活動量の把握が可能と考えられた。一方、運動群の練習のない日と、対照群との比較においては、最大および平均心拍数等の明らかな差は認められず、心肺機能の個人差が影響しているものと推察された。今後、各個人別の活動量を心拍数、体動などの波形から詳細に解析し検討する必要があると思われる。以上より若年者の低骨密度予防における活動量の重要性が示され、今後、若年者に対する健康管理の指標へと結びつけたい。
脳卒中患者の姿勢・歩行異常に対する運動介入と筋活動制御方略

昨年度までに実施した脳卒中後患者の歩行時の筋の同時活動に与える因子の検討を、44名の対象者数に増加させ、重回帰分析によりバランス機能と麻痺側足関節底屈筋力が予測因子として重要であることを示した論文がNeurorehabilitationに受理された。また、脳卒中患者の歩行・バランストレーニングが歩行時の筋の同時活動に与える長期効果を検討する際の考察を深めるために実施したバランストレーニングによる即時効果の結果を示した論文はGait & Postureに受理され、掲載されている。さらに、筋の同時活動が生じる背景を考察するために実施した筋電図間コヒーレンス解析による詳細な検討による結果を示した論文はClinical Neurophysiologyに受理され、掲載されている。筋電図間コヒーレンスによる結果により、脳卒中患者の歩行時の筋の同時活動は皮質脊髄路からの同期した下行性入力により生じている可能性が示唆され、健常者では通常見られない筋を同時に活動させる皮質脊髄路の経路を歩行時に使用する脳卒中患者は足関節周囲筋の筋力が低下していた。また、前脛骨筋に対する皮質脊髄路を介した下行性入力が強い脳卒中患者ほど歩行速度が速い結果も得られている。そこで、3年目の研究計画として、脳卒中患者の歩行・バランストレーニングが歩行時の筋の同時活動に与える長期効果を検討するために、経頭蓋電流刺激による歩行訓練の長期介入を行い、測定が終了し、解析を行っている。解析途中の結果では、経頭蓋電流刺激による歩行訓練を行うことにより、前脛骨筋に対する皮質脊髄路を介した下行性入力が有意に増加し、歩行速度も有意に改善する結果が得られている。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究の1年目の研究計画として、脳卒中後患者の歩行時の筋の同時活動に与える因子の検討のため、修士課程までに測定したデータの追加測定と解析を行った。その結果、回復期病棟に入院中の脳卒中後患者では、脳卒中の影響を受けている麻痺側の筋の同時活動が減少しており、反対側の非麻痺側では筋の同時活動が代償的に増加していた。さらに、非麻痺側の筋の同時活動が代償的に増加している者ほど歩行速度が低下していた。一方、地域に在住している慢性期の脳卒中後患者では麻痺側の筋の同時活動が増加しており、筋の同時活動が増加している者ほど感覚などの他の因子よりも麻痺側の足関節底屈筋力が低下していた。これらの結果は回復期の脳卒中後患者は麻痺側の使用を避けて、反対側の非麻痺側を主に使用する代償的戦略を取っているのに対し、地域在住の慢性期の脳卒中後患者の方が麻痺側を歩行に使用出来ていることを示しており、回復期と慢性期の治療戦略として、それぞれの発症後期間に応じた理学療法介入が行われるべきことを示唆している。以上の結果を英文にて論文執筆を行い、現在国際学術雑誌に投稿中である。さらに、2年目の研究計画になっている反復練習の即時効果についても検討を行った。上記の結果を基に、回復期脳卒中後患者では非麻痺側の代償を減少させ、麻痺側の使用を促すために、麻痺側への重心移動の反復練習を、慢性期脳卒中後患者では足関節底屈筋の活動を促すために、前方への重心移動の反復練習を行い、それぞれの即時効果を検討した。得られた結果はいくつかの国内および国際学会にて発表の申し込みが受理されている。本研究の2年目の研究計画として、脳卒中患者のバランストレーニングが歩行時の筋の同時活動に与える即時効果についてデータの解析と学会発表を行った。脳卒中患者において難しいとされている立位時の前方への重心移動に対して反復練習を行い、練習前後での歩行時の筋の同時活動を解析した結果、麻痺側の両脚立脚期、および単脚立脚期の筋の同時活動が減少し、歩行速度が有意に改善する結果が得られた。上記の内容を2014 International Society for Posture & Gait Research World Congressにてポスター発表を行い、現在国際学術雑誌に投稿するために論文を執筆中である。また、脳卒中患者において筋の同時活動が生じる背景に関して考察を深めるために、新たな解析方法として筋電図間コヒーレンス解析を使用し、データの測定と解析を行った。その結果、脳卒中患者の歩行時の筋の同時活動は皮質脊髄路からの同期した入力により生じている可能性が示唆され、健常者では普段見られない筋を同時に活動させる皮質脊髄路の経路を歩行時に使用する脳卒中患者は足関節周囲筋の筋力が低下していた。得られた結果は第50回日本理学療法学術大会にて発表の申し込みが受理されており、英文にて論文執筆を行い、現在国際学術雑誌に投稿予定である。さらに、経頭蓋電流刺激を行った前後の歩行時の筋電図間コヒーレンスの変化を若年健常者にて検討し、前脛骨筋に対する皮質脊髄路の入力が強まる結果が得られた。このような単一筋に対する皮質脊髄路の入力を強めることにより、脳卒中患者の筋の同時活動を減少させることが可能である可能性が示唆された。

さらに、筋の同時活動が生じる背景を考察するために実施した筋電図間コヒーレンス解析による詳細な検討による結果を示した論文はClinical Neurophysiologyに受理され、掲載されている。筋電図間コヒーレンスによる結果により、脳卒中患者の歩行時の筋の同時活動は皮質脊髄路からの同期した下行性入力により生じている可能性が示唆され、健常者では通常見られない筋を同時に活動させる皮質脊髄路の経路を歩行時に使用する脳卒中患者は足関節周囲筋の筋力が低下していた。また、前脛骨筋に対する皮質脊髄路を介した下行性入力が強い脳卒中患者ほど歩行速度が速い結果も得られている。そこで、3年目の研究計画として、脳卒中患者の歩行・バランストレーニングが歩行時の筋の同時活動に与える長期効果を検討するために、経頭蓋電流刺激による歩行訓練の長期介入を行い、測定が終了し、解析を行っている。解析途中の結果では、経頭蓋電流刺激による歩行訓練を行うことにより、前脛骨筋に対する皮質脊髄路を介した下行性入力が有意に増加し、歩行速度も有意に改善する結果が得られている。本年度では2年目の研究計画として、脳卒中患者のバランストレーニングが歩行時の筋の同時活動に与える即時効果についてデータの解析、学会発表、および論文執筆まで行った。また、新たな解析方法として筋電図間コヒーレンス解析を使用し、データの測定と解析を行い、脳卒中患者における筋の同時活動が生じる背景に関して興味深い結果が得られた。得られた結果は国内・国際学会学会に発表の申し込みが受理されている。27年度が最終年度であるため、記入しない。当初、本研究課題は反復練習による即時効果の影響を基にした長期介入研究による検討をすぐに行う予定であったが、新たな解析方法である筋電図間コヒーレンス解析を用いた追加測定を行う形に研究計画を修正し、脳卒中患者における筋の同時活動が生じる背景に関して興味深い結果が得られた。また、経頭蓋電流刺激による歩行訓練の長期介入を現在開始しており、神経可塑的変化とともに脳卒中患者の運動介入効果を検討していく予定である。本年度では1年目の研究計画として、脳卒中後患者の歩行時の筋の同時活動に与える因子の検討のため、修士課程までに測定したデータの追加測定と解析を行い、その結果を国際学術雑誌に投稿出来た。さらに、2年目の研究計画である反復練習の即時効果についてもデータの測定と解析を行い、国内および国際学会にて発表の申し込みが受理された。当初、反復練習による即時効果の検討後は、すぐに長期介入研究による検討を行う予定であったが、即時効果が生じた原因の更なる検討を行い、長期介入研究で行う運動介入方法としてより効果的な方法を考案するために、新たな解析方法も交えて即時効果の追加測定と解析を行うように研究計画を修正している。
オスマン朝期アナトリア南東部を中心とした経済活動に関する研究

本研究は、16世紀から17世紀までを対象としつつ、中東においてアラブ圏・イラン圏・トルコ圏の境界域に位置し、オスマン朝史研究の文脈では「帝国の周縁」や「特殊な地域」として認識されるアナトリア南東部の地域的特性について検討する。その際、申請者がこれまで研究してきたアナトリア南東部の政治・社会状況に加え、新たに同地域を中心とした経済活動に注目して分析をすすめる。
幾何学的変分問題の解の特異点に関する不変量と均衡条件

3次元ユークリッド空間内の極小曲面の内、n端懸垂面と呼ばれる重要なクラスについて、特に種数0の場合の曲面の崩壊を、端対の相対ウェイトを用いて分析した。また、これと並行して、種数0では既に完了していた存在条件の定式化を種数1の場合に一般化し、さらに、関連が非常に強いと考えられる3次元ローレンツ空間内の極大曲面についても、上記の一般化を行うと共に、曲面の対称性と特異点集合との関係についても分析した。特異点(或いは端)に関連して均衡条件を制御する不変量を用いて、極小曲面並びにスカラー曲率の方程式等の幾何学的変分問題の解の、分離現象を始めとする崩壊について、より掘り下げた分析を行う。本研究課題の準備段階において、3次元ユークリッド空間内の極小曲面の内、種数0でn個の懸垂面型の端を持つ、いわゆるn端懸垂面において、各端対に対して相対ウェイトを定義した。この相対ウェイトにより、曲面が退化する直前の様子を記述した定理をいくつか得た所で、本研究課題を開始したのであるが、初年度である本年度は、まず、上記の定理を用いたn端懸垂面の非存在条件の分析の精密化を行った。ここで分析した非存在条件は、端のフラックスが2次元以上の空間を張る場合について今のところ知られている唯一の非自明な条件であるが、実際にはより多くの非存在条件がある可能性があり、さらなる応用は今後の研究の進展を待つことになる。また、3次元ローレンツ空間内の極大曲面についても、本研究課題開始の段階で、単純な端、すなわち、第1種懸垂面型、空間的平面型、第2種螺旋面型等の端について、そのフラックスと極限法ベクトルの関係を考察し、定式化を進めていたのであるが、本年度はさらに、極大曲面の対称性と特異点集合の関係について分析した。また、それら単純な端のみを持つ種数0の極大曲面について、非存在条件、存在定理等も得た。それらの結果は、部分的にはユークリッド空間内の極小曲面の場合についてかつて得た結果の対応物であるが、一方、ローレンツ空間内の極大曲面においてしか見られない数々の事実をも含んでいる。この場合も、各端対に対して相対ウェイトが定義され、上記結果の一部はこれを用いて得たものであるが、本格的な応用は2年目以降に取り組むべき今後の課題として、種数1以上の場合と共に残されている。この相対ウェイトにより、曲面が退化する直前の様子を記述した定理をいくつか得た所で、本研究課題を開始し、初年度は、まず、上記の定理を用いたn端懸垂面の非存在条件の分析の精密化を行い、また、3次元ローレンツ空間内の極大曲面についても、極大曲面の対称性と特異点集合の関係について分析し、いくつかの存在定理、非存在定理を得た。それに引き続き今年度は、3次元ローレンツ空間内の極大曲面の特異点集合上に位置する単純な端に関する制約条件を分析し、また、3個の単純な端のみを持つ種数0の極大曲面の分類を完成するとともに、4個の単純な端のみを持つ種数0の極大曲面の一般的存在を示した。極大曲面の場合の単純な端は、極小曲面の場合に比してその種類も多く、それらの状況は単なる対応物と言うには、かなり複雑なものとなっていることが明らかとなった。特に特異点集合上に位置する、nullなフラックスを持つ端について、興味深い現象が見られ、今後さらなる分析が必要となるであろう。また、3次元ユークリッド空間内の種数1のn端懸垂面(コスタ曲面や種数1のジョージ・ミークス曲面などの重要な既知の例を含むクラスである)においても、種数0の場合同様の定式化を行った。その本格的な応用は3年目以降に取り組むべき今後の課題である。本研究課題の準備段階において、3次元ユークリッド空間内の極小曲面の内、種数Oでn個の懸垂面型の端を持つ、いわゆるn端懸垂面において、各端対に対して相対ウェイトを定義した。この相対ウェイトにより、曲面が退化する直前の様子を記述した定理をいくつか得た所で、本研究課題を開始し、1819年度は、まず、上記の定理を用いたn端懸垂面の非存在条件の分析の精密化を行い、また、3次元ローレンツ空間内の極大曲面についても、その特異点集合上に位置する単純な端に関する制約条件を分析し、3個の単純な端のみを持つ種数Oの極大曲面の分類を完成するとともに、4個の単純な端のみを持つ種数Oの極大曲面の一般的存在を示した。

それに引き続き今年度は、3次元ユークリッド空間内の種数1のn端懸垂面(コスタ曲面や種数1のジョージ・ミークス曲面などの重要な既知の例を含むクラスである)において種数Oの場合同様に行った定式化を元に、新しい例を構成し、シェーンによって与えられた非存在条件を満たすような方向への変形によって曲面が退化する様子を観察した。また、種数Oの場合についても、これまでの研究に続いて、n端懸垂面全体の空間や分岐条件の相対ウェイトを用いた記述を行い、特にn=4の場合については、分岐解の個数の上からの評価も得た。また、3次元ローレンツ空間内の極大曲面についても、nullなフラックスを持ち、二重曲面に退化する新しい例を構成した。これらの研究成果については、現在、論文を準備中である。本研究課題の準備段階において、3次元ユークリッド空間内の極小曲面の内、種数0でn個の懸垂面型の端を持つ、いわゆるn端懸垂面において、各端対に対して相対ウェイトを定義した。この相対ウェイトにより、曲面が退化する直前の様子を記述した定理をいくつか得た所で、本研究課題を開始し、1819年度は、まず、上記の定理を用いたn端懸垂面の非存在条件の分析の精密化を行い、また、3次元ローレンツ空間内の極大曲面についても、その特異点集合上に位置する単純な端に関する制約条件を分析し、3個の単純な端のみを持つ種数0の極大曲面の分類を完成するとともに、4個の単純な端のみを持つ種数0の極大曲面の一般的存在を示した。また20年度は、3次元ユークリッド空間内の種数1のn端懸垂面でコスタ曲面や種数1のジョージ・ミークス曲面などの重要な既知の例を含むクラスについて、種数0の場合同様に行った定式化を元に新しい例を構成し、シェーンによって与えられた非存在条件を満たすような方向への変形によって曲面が退化する様子を観察した。それに引き続き21年度は、上記の例の分析を進め、端は同じウェイトを持つが、合同でない2つの種数1の曲面の族を構成した。その一方は広義の収束極限の大きい部分がシェーンの非存在条件を実現し、もう一方は小さい部分がそれを実現するものである。この結果を含む論文は現在投稿中である。同様に崩壊するn端懸垂面の族は、他にも構成することが可能で、但し、それらの極限は上記の例とは異なる状況を示しており、本研究は、シェーンの非存在条件を、より大きな枠組みで捉えることの可能性を示唆するものであると言える。また、種数1で上述の重要な既知の例を含まないもう一つのクラスについても、定式化を行った。
心室壁の不均一性に基づく心筋分子モータ挙動と興奮収縮連関の統合的解析

研究代表者である清水壽一郎は、心臓生理学、特に心筋の興奮収縮連関に関わる分野で研究を推進してきた。即ち臓器としての心臓の挙動を詳細に観察し、力学的エネルギー学的な解析あるいは理論的な解析を加え、心筋細胞内カルシウム動態の推測、心筋クロスブリッジ動態の推測を行ってきた。その結果、心筋細胞内カルシウム動態は心臓の容積に影響を受けず、心筋線維のカルシウム結合能も大きな変化を受けないこと、従って心臓の容積依存性の収縮力増加(Frank-Starlingの法則)はアクチン線維とミオシン線維との相互作用に大きく依存する可能性を示してきた。心筋のアクチン線維とミオシン線維との相互作用、即ちクロスブリッジ動態、を観察する手法はいくつか提案されているが、X線回折実験が最も生理的な条件下での観察方法であるものの、X線源の性能上の問題から乳頭筋標本を用いて相当数の収縮の加算平均によりようやく観察可能であった。しかし、世界最大の第三世代大型放射光施設であるSPring-8の供用に伴い十分な数の光子と波長・位相が良く揃ったX線源が確立され、ラットの心臓(厚さ10mm)を透過してのX線回折実験により単収縮のクロスブリッジ動態解析を行う条件が整った。そこで本プロジェクトの最終目標をラット心臓におけるクロスブリッジ動態解析法の確立として研究を進め、さらに左心室壁外層と内層の筋線維構築の違い、新生児心筋組織の構造解析、そのほか病態時の心筋クロスブリッジ動態の解析を主眼として行った研究成果について報告する。ラット摘出心標本を用いたX線回折実験にて、低酸素灌流時の左心室圧低下について前負荷が及ぼす影響について解析を行った。正常酸素灌流時には前負荷の増大に伴い左心室発生圧は有意な増大傾向を示し、Frank-Starlingの法則が成り立つことを確認した。一方、低酸素灌流時では、前負荷が低いときには正常酸素灌流時と同じ程度の左心室発生圧とクロスブリッジの形成が認められたが、前負荷が増大すると左心室発生圧の低下およびクロスブリッジ形成量の減少が観察された。このときも、心筋線維のカルシウム感受性を規定する因子の一つである心筋線維格子間隔は前負荷の増大により短縮する傾向を示し、低酸素灌流時のクロスブリッジ形成量の低下の原因が筋線維格子間隔には無いことを示した。一方、心筋スライス標本を用いた心筋細胞内カルシウム動態観察では、前負荷を増大させることはできないものの、カルシウムトランジェントの高さには有意差はないものの、持続時間は有意に延長していることが観察された。これは、心筋線維とカルシウムの作用時間の延長を示すが、一方で心筋線維のカルシウム感受性の低下により、細胞質カルシウム濃度の高値が宣戦している可能性もある。実際、低酸素環境下では無酸素環境下とは異なり細胞質pHの低下はそれほど強いとはいえず、それに伴うカルシウム感受性の変化も強くはないと考えられる。しかし、低酸素環境下で前負荷を増大させた場合、CPを有意に低下させ無機リン酸濃度が高まる可能性がある。これは、ミオシンATPaseやその他のATPase機能を抑制する可能性があり、低酸素灌流時に前負荷を増大させた場合に観察される左心室発生圧の低下およびクロスブリッジ形成量の低下は、無機リン酸の増大による可能性が高いことを示した。ラット摘出心標本を用いたX線回折実験にて、心拍数が心筋アクチンミオシン相互作用へ及ぼす影響について解析を行った。ヒトなどでは心拍数の増大に応じて心筋発生張力が増強する、陽性階段現象が認められるが、ヒトの不全心筋や齧歯類などでは心拍数の増大により心筋発生張力は逆に減弱する陰性階段現象が認められる。これらの違いは一般に、心筋細胞内のカルシウム動態に預かるタンパクの違いによるものと考えられているが、アクチンミオシン相互作用の結果であるクロスブリッジの形成・解離の程度について解析を行った。深麻酔下にラットの心臓を摘出し、タイロード溶液で灌流した。左心室自由壁にX線ビーム(SPring-8、BL40XU)を入射し、得られたX線回折像を解析し、アクチンミオシン相互作用を推測した。

その結果、心拍数の増大に応じて、収縮期左心室圧は有意に減少したが、拡張期左心室圧には有意な変化は認められなかった。一方、アクチンミオシン相互作用は、心拍数の増大に応じて収縮期には有意なクロスブリッジ形成量の低下が認められ、拡張期にも有意な残存クロスブリッジの増加が認められた。一方、心筋スライス標本を用いた心筋細胞内カルシウム動態観察では、刺激頻度の増加はカルシウムトランジェントの高さに有意差はないものの、持続時間は有意に短縮することが観察された。これは、心筋線維とカルシウムの作用時間の短縮を示すが、一方で心筋線維カルシウム感受性の増加により、細胞質カルシウム濃度が速やかに減衰する可能性もある。ラット摘出心標本を用いたX線回折実験にて、心拍数が心筋アクチンミオシン相互作用へ及ぼす影響について解析を行った。ヒトなどでは心拍数の増大に応じて心筋発生張力が増強する、陽性階段現象が認められるが、ヒトの不全心筋や齧歯類などでは心拍数の増大により心筋発生張力は逆に減弱する陰性階段現象が認められる。これらの違いは一般に、心筋細胞内のカルシウム動態に預かるタンパクの違いによるものと考えられているが、アクチンミオシン相互作用の結果であるクロスブリッジの形成・解離の程度について解析を行った。深麻酔下にラットの心臓を摘出し、タイロード溶液で灌流した。左心室自由壁にX線ビーム(SPring-8、BL40XU)を入射し、得られたX線回折像を解析し、アクチンミオシン相互作用を推測した。
終末シュワン細胞の形態変化と細胞接着-立体微小解剖と免疫組織化学による解析

各種知覚神経終末に随伴するシュワン細胞の形態とその発達過程を、とくに、細胞と周囲組織の接着に注目し、走査電顕と透過電顕を組み合わせた観察に基づく立体微小解剖と、シュワン細胞のマーカー物質S100β蛋白に対する抗体を用いた免疫組織化学によって、解析した。まず、ラットの歯根膜ルフィニ終末と洞毛周囲槍型終末、それに、サル手掌皮膚マイスナー小体を比較観察した。どの知覚装置の終末シュワン細胞も、丸い細胞体から薄板状の主突起を出して軸索終末を包んでいた。シュワン主突起は、さらに、知覚終末の種類に特異的な形態の細かい副突起をのばし、終末を一定のやり方で周囲組織に係留していた。外力による組織変形は、このシュワン副突起を介して軸索終末の刺激受容部位に伝播すると考えられる。次に、終末シュワン細胞の成熟過程を生後2-3週間の幼若ラット洞毛槍型終末で追跡したところ、副突起に似た形状の小突起を放射した、星型の未熟シュワン細胞が、槍型終末周囲の結合組織中に見出された。この細胞が主突起を広げて軸索終末を包み、終末シュワン細胞へと変化する過程で、小突起が徐々に退行し、その一部が副突起として残った。これらの観察結果は、知覚終末シュワン細胞の形態成熟に、軸索終末との近接が重要な役割を果たすことを示唆する。今後は、この細胞間相互作用に関わる信号物質や細胞接着分子の解析が必要と考えられる。各種知覚神経終末に随伴するシュワン細胞の特異な立体形態を、水酸化ナトリウム浸軟法を応用した走査電顕と通常の方法に従った透過電顕によって解析し、その機能的意義を考察した。一部の試料については、シュワン細胞を同定するため、マーカー物質であるS-100蛋白に対する抗体を用いた免疫組織化学を行なった。観察対象として、それぞれ異なる機械的刺激に反応することが知られる、ラットの歯根膜ルフィニ終末と洞毛周囲槍型終末、サル手掌皮膚のマイスナー小体を選んだ。どの知覚終末も、膨らんだ軸索終末の両側を2枚のシュワン細胞の鞘が包む、軸索-シュワン細胞複合体(Munger & Ide 1987)を構造単位として含んでいた。終末シュワン細胞の細胞体は、常に、この複合体から細長い首をもって丸く突出していた。終末シュワン細胞は、軸索終末に随伴する鞘突起の他、軸索から離れて周囲結合組織中に伸び出す、特殊な小突起を多数もっていた。特殊突起の形態は、それぞれの種類の知覚終末に特異的だった。ルフィニ終末では、樹枝状に分岐した神経終末の末端部から多数の舌状のシュワン突起が起こり、周囲の膠原線維に巻き付いた。洞毛槍型終末では、槍の先端から細長いシュワン突起が房状に伸びて、扁平な終足を外根鞘基底膜の結合組織面や周囲の膠原線維に接着させた。マイスナー小体のシュワン細胞の特殊突起は、鞘突起の辺縁に沿う数条の細長い微小ヒダに相当し、その間に、膠原細線維の小束が抱え込まれていた。どの場合でも、終末シュワン細胞の細胞体表面に、同様の特殊突起が少数ながらみられた。終末シュワン細胞は、特殊突起によって、それぞれの知覚小体を周囲組織に一定の法則で結合させ、適刺激が軸索終末の知覚受容部位に伝わるのを仲介すると考えられる。皮膚の知覚装置に随伴する終末シュワン細胞が、体成長に伴う組織の改変でどのような形態変化を示すかをしらべる目的で、毛の動きを検知する槍型神経終末を、成長の著しい2-3週令と、成熟した6週令のラット頬部洞毛で比較した。槍型終末を含む毛包周囲結合組織を酵素処理によって膜状に剥離し、ホルマリン固定した後、グリア特異蛋白S100に対する抗体を用いた免疫蛍光染色を施してシュワン細胞を標識し、細胞の立体構築をレーザー共焦点顕微鏡で解析した。

また、グルタルアルデヒド灌流固定した組織を常法に従って樹脂包埋し、連続超薄切片を作製して、シュワン細胞と周囲構造物との関係を透過電顕で追跡した。共焦点顕微鏡でみた成熟ラット槍型終末では、毛軸方向に伸びた槍刃状の軸索終末より数十ミクロン近位側に、終末シュワン細胞の丸い細胞体がみられ、そこから一本の太い索状突起が槍型終末まで伸びて、終末を包む鞘を形成した。一方、幼若ラットでは、こうした単極性終末シュワン細胞の他、細長い細胞体をもち、多数の細い突起を放射したS100陽性細胞が、槍型終末の側方や先方に、少し離れて見出された。多極性細胞の突起の多くは、毛包基底膜に向かい、基底膜直下を毛軸方向に走行した。また、幼若ラットでは、単極性シュワン細胞と多極性細胞の中間型が、多く見出された。透過電顕でみた多極性シュワン細胞は、基底膜に包まれ、細胞膜に多数の小窩をもつ点で、単極性終末シュワン細胞と共通の特徴を示した。多極性シュワン細胞は、細い突起を毛包基底膜の膠原細線維に沿って伸ばし、ときに、細い神経軸索を抱え込んでいた。これらの観察結果は、膠原細線維と親和性をもつ多極性シュワン細胞が、槍型終末の形成と、その毛軸に沿った規則正しい配列に関与する可能性を示唆する。本研究はこれまでに、毛の動きを検出する槍型知覚神経終末の生後発達に伴うシュワン細胞の形態変化をラット洞毛で追跡し、次の点を明らかにした。(1)槍型終末の新生に先行し、細長い突起を放射した星型の幼若シュワン細胞が現れる。(2)この細胞突起は、毛の運動による組織変形の影響を受け易いよう、毛包基底膜直下の膠原線維と密接な関わりを持って毛軸方向に伸長する。(3)次いで、毛包に分布する有髄線維の先端から、裸の軸索終末がこのシュワン突起に沿って伸びる。(4)幼若型シュワン細胞の突起のうち、神経軸索と接触したものは、幅広く変形して槍型終末を包む鞘となる一方、軸索と接触しなかったものは、次第に退行して、成熟型の終末シュワン細胞が形成される。これらの観察結果は、知覚終末シュワン細胞の形態成熟に、周囲組織の変形による機械刺激や、軸索終末との相互作用が重要な役割を果たすことを示唆する。そこで、コラゲナーゼ消化によって洞毛毛根から槍型終末を含む膜状組織片を分離し、蛍光性細胞内Ca^<2+>濃度指示薬を負荷して共焦点顕微鏡観察し、細いガラス針で軽く触れたり、知覚線維から放出されるといわれる神経伝達物質アデノシン5'三リン酸(ATP)を細胞外に与えたときの、終末シュワン細胞の反応を調べた。槍型終末シュワン細胞の突起をガラス針の機械刺激によって一時的に変形させると、突起内のCa^<2+>濃度が一過性に上昇し、その信号は、細胞質に沿って、シュワン細胞核周部まで伝播した。また、この細胞を100μM ATPで灌流すると、同様のカルシウム信号が各細胞突起で独立して生成し、核周部に伝播するのが観察された。一般に、刺激に反応した分泌、突起形成などの重要な細胞活動に、Ca^<2+>は、細胞内二次伝令物質として関わることが知られる。今回観察された刺激応答性は、槍型終末の発達に伴う終末シュワン細胞の形態変化に重要な関わりをもつと予測される。
肥満・やせの表現型にあわせた脳卒中予防戦略の構築

本研究は,「肥満」と「やせ」,それぞれ異なる形質をもつモデルラット(SHRSP fatty,M-SHRSP)を用いて,それぞれの表現型にあわせた脳卒中予防戦略を構築することを目的として実験を行った。M-SHRSPに対する脂質異常症治療薬(フィブラート系薬)の長期投与に,脳卒中予防効果と延命効果を認めた。また,M-SHRSPに対する高脂肪食の給餌に著明な脳卒中予防効果を認めた。本研究により「やせ」の形質をもつ脳卒中に対しては,栄養学的な改善および脂質代謝への介入により,脳卒中発症を予防し,発症後の脳卒中病態の進展を抑制する可能性が示唆された。本研究の最終的な目標は,「肥満」と「やせ」それぞれの表現型における脳卒中発症機序を解明するとともに,それぞれの表現型に適した脳卒中発症予防法を確立することにある。このため本年度は,SHRSP fattyおよびM-SHRSPのアディポネクチンの発現および分泌の解析,「肥満」と「やせ」における情動機能の解析,脳組織の生化学的解析を行い,「肥満」と「やせ」における脳の機能的変化,脆弱性の差異についての知見を得た。(1)SHRSPfattyおよびM-SHRSPのアディポネクチンの発現および分泌の解析・・・M-SHRSPにおいて経時的な採血を行ったところ,血漿アディポネクチン濃度の低下および精巣上体周囲脂肪のアディポネクチンmRNA発現の低下を見出した。現在,SHRSP fattyおよび高脂肪食給餌M-SHRSPにおける血漿アディポネクチン濃度の変動の解析,脳卒中発症との関連について検討を行っている。(2)「肥満」と「やせ」における情動機能の解析・・・高架式十字迷路試験を用いて,SHRSPにおける情動機能,特に不安関連行動の異常を見出した。現在,「肥満」と「やせ」による情動機能の変化を明らかにするために,SHRSP fattyとM-SHRSPで解析を試みている。(3)脳組織の病理学的および生化学的解析・・・脳組織の脆弱性を評価するためにpneumatic control injury deviceを用いて脳に外傷を与えたラット脳外傷モデルを作製し,SHRSPではWKYに比し,神経細胞のアポトーシスが減少することを見出した。現在,大脳皮質における栄養因子,アディポサイトカインに関連する蛋白の遺伝子発現,酸化ストレス指標の変動解析を試みている。最終年度に実施した研究の成果として,高架式十字迷路試験を用いて,脳卒中易発症性高血圧自然発症ラットSHRSPにおける情動機能,特に若齢期における不安関連行動の異常を認めた。また,SHRSPに対する抗酸化薬の長期投与は脳卒中発症時期には影響しないものの,生存日数を著名に延長することを明らかとし,SHRSPの脳卒中進展に酸化ストレスが関与することを明らかとした。研究期間全体を通して実施した研究の成果として,悪性脳卒中易発症性高血圧自然発症ラット(M-SHRSP)および正常血圧対照ラット(Wistar Kyotoラット: WKY)を用いて,体重,血圧,臓器重量,血清生化学値,糖質代謝などの基本的な形質の解析と、M-SHRSPに対する糖質代謝・脂質代謝への介入による脳卒中病態への影響についての検討を行い,M-SHRSPは,WKYに比べ,体重,精巣上体周囲脂肪・皮下脂肪重量が低値であること,インスリン分泌機能低下による軽度の耐糖能異常と,低コレステロール血症,低トリグリセリド血症などの脂質代謝異常を有することを認め,やせ型の脳卒中モデル動物として有用であることを認めた。インスリン,スルホニル尿素薬,ビグアナイド系薬,チアゾリジン誘導体などの投与による糖質代謝への介入では脳卒中発症を予防することはできなかったが,フィブラート系薬など脂質降下薬投与および,高脂肪食投与などの脂質代謝への介入は,有意に脳卒中発症を予防することを明らかとした。本年度は、悪性脳卒中易発症性高血圧自然発症ラット(M-SHRSP)および正常血圧対照ラット(Wistar Kyotoラット: WKY)を用いて,体重,血圧,臓器重量,血清生化学値,糖質代謝などの基本的な形質の解析と、M-SHRSPに対する糖質代謝・脂質代謝への介入による脳卒中病態への影響についての検討を行い,以下の知見を得た.M-SHRSPは,WKYに比べ,体重,精巣上体周囲脂肪・皮下脂肪重量が低値であった.また,M-SHRSPの収縮期血圧は11週齢で250mmHg以上となり,生後10-13週齢で脳卒中を発症した.M-SHRSPは,WKYに比べ,インスリン濃度,血清総コレステロール濃度,中性脂肪濃度が低値であること,ならびに遊離脂肪酸濃度が高値であることを認めた.M-SHRSPにグルコール負荷試験を行ったところ,インスリン分泌機能低下による軽度の耐糖能異常が認められた.M-SHRSPに対し,インスリン持続投与を行ったところ,脳卒中予防効果は認められなかった.また,M-SHRSPに対するスルホニル尿素薬,ビグアナイド薬,チアゾリジン誘導体の経口投与にも脳卒中予防効果は認められなかった.

M-SHRSPに対して,ある種の脂質異常症治療薬の経口投与を行ったところ,著明な脳卒中予防効果と生存日数の延長効果が認められた.また,M-SHRSPに高脂肪食を給餌したところ,脳卒中発症の遅延と生存日数の延長効果が認められた.以上の結果から,M-SHRSPは,インスリン分泌低下による軽度耐糖能異常や血清脂質の低下を基盤に持つ「やせ」型の脳卒中モデル動物であること,糖質代謝ではなく脂質代謝への介入により,その脳卒中病態を予防または改善できることが示唆された.M-SHRSPにおける基礎的なデータの収集,血漿アディポサイトカインの変動解析については,概ね予定通り進展している。また,本研究で用いる自然発症の脳卒中モデルでは,脳卒中発症に個体差があり,脳組織の脆弱性を評価する時期の設定が難しいが,pneumatic control injury deviceを用いた脳外傷モデルの確立ができたことから,「肥満」「やせ」における脳組織の脆弱性の差異について今後解析が進められると考えている。また,高架式十時迷路試験についても脳機能を評価する上で有用なツールになると思われる。一方で,SHRSP fattyの解析については,検体の採取,基礎データの収集の面で,一部遅れが出ているので,来年度の研究で迅速に進めていきたいと考えている。平成23年度の計画では,研究実績の概要に記述したような「やせ」型脳卒中モデルM-SHRSPの解析と同様に,「肥満」型脳卒中モデルのSHRSP fattyについてもその基本的な形質を明らかにする予定であった.「やせ」型脳卒中モデルM-SHRSPにおいて,体重,血圧,臓器重量,血清生化学値,糖質代謝などの基本的性質を明らかにできたこと,インスリンや経口抗糖尿病薬による糖質代謝への介入では,脳卒中発症予防にそれほど効果が得られないこと,脂質異常症治療薬の投与や高脂肪食給餌など,脂質代謝への介入試験により脳卒中予防効果と生存日数の延長効果を明らかにすることができた.これらの重要な知見は,新たな脳卒中発症予防法の開発につながるものであり,本研究全体を推進・達成する上で,非常に重要なデータが得られたと思われる.しかし,M-SHRSPの形質の解析や,糖質代謝,脂質代謝への介入試験にかなりの時間を費やす必要が生じたこと,SHRSP fattyの入手に時間を要してしまったため,当初の研究予定であったSHRSP fattyの形質の解析(体重,臓器重量,血糖値,血液生化学検査値,脳卒中発症日,脳血管病変の病理学的検索)がやや遅れてしまうこととなった.したがって,現在,SHRSP fattyの形質の解析を継続して進めている.平成25年度の研究計画では,「肥満」型脳卒中モデルラットSHRSPfattyの形質に関する解析を継続して進めていく。具体的には,雄性のSHRSP fatty(n=10)を用いて,5, 7, 9, 11, 13, 15週齢の体重,収縮期血圧,血糖値,血漿インスリン値,および血清生化学検査値(AST, ALT,クレアチニン,尿素窒素,総コレステロール,中性脂肪,遊離脂肪酸)のデータ収集を行う。