hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
遊走細胞のかたちを決める分子ダイナミクス

魚類表皮ケラトサイト(keratocytes)は、おうぎ型の“かたち"を保ったまま基質上を這う遊走細胞である。細胞の移動は剛体の移動とは異なり、前端が伸長し後端が退縮する形態変化を絶え間なく繰り返している。この絶え間ない形態変化のなかでおうぎ型を保ち続けるためには、細胞全体で伸長と退縮のバランスが保たれていなければならない。細胞前端に注目すれば、“中央の伸長速度が最大で両端が遅い速度勾配を保つことでおうぎ型が維持されている"といわれている(Graded Radial Extensionモデル)。この伸長速度勾配ができるメカニズムは全く分かっていなかった。細胞前端の伸長速度はアクチン重合速度とアクチンレトログレードフロー(ARF)速度の差として計算される。我々は、異なる種の魚からそれぞれケラトサイトを採取し、その形状および運動の分子メカニズムを詳細に比較した。ブラックテトラから採取した丸いケラトサイトは、伸長速度勾配が大きく、またARF速度勾配が大きく、ストレスファイバの収縮による基質牽引力が小さかった。一方、シクリッドから採取した横長のケラトサイトは、伸長速度勾配、ARF速度勾配はいずれも小さく、ストレスファイバの収縮による基質牽引力が大きかった。さらに、シクリッドのケラトサイトのストレスファイバを人為的に切断すると、切断部でレトログレードフロー速度が上昇し、細胞のかたちもブラックテトラのケラトサイトのように丸くなった。これらの結果は、ケラトサイトの“かたち"形成において、ストレスファイバが、牽引力を介してARF速度を調節することにより、伸長速度勾配を生み出していることを示唆している。27年度が最終年度であるため、記入しない。アメーバ運動(遊走)は神経組織の形成から好中球の免疫応答にまで見られる普遍的な細胞機能である。遊走細胞は溶液に浮遊中は運動のための前後極性を作れない。しかし,基質に接着し,基質と力学的なやりとりが可能な状態になれば,誘引物質等が無くても,前後極性を自律的に創り出し運動する。さらに魚類表皮細胞ケラトサイトは浮遊状態から基質に接着すると,やがて必ず三日月形になる。繊維芽細胞や細胞性粘菌は基質上でも通常不定形だが,たまたま三日月形になるとしばらくそのかたちを保って運動する。本研究の目的はこの三日月形の形態を遊走細胞が創り出すメカニズムを解明することである。ケラトサイトの三日月型の形態は詳細に観察すると魚種によって異なることがわかった。また、魚種によってケラトサイトが基質に発揮する牽引力の大きさが異なることも明らかになった。すなわち先導端を扇型で近似すると、牽引力の大きい魚種のケラトサイトは半径が大きく中心角が小さい。一方、牽引力の小さなケラトサイトは半径が小さく中心角が大きかった。ケラトサイトの牽引力は細胞体に存在するストレスファイバの収縮によって発揮されている。今回の結果は、ケラトサイトの三日月型の形態の形成に、ストレスファイバの収縮が大きな役割を果たしていることを示唆する全く予想されていなかった結果である。(1)ケラトサイトの形態が魚種により異なることを明らかに出来た。(2)さらに、ストレスファイバの発揮する牽引力が魚種によって異なることを明らかに出来た。(3)ケラトサイトは薬剤処理で細胞を断片化させることができる。細胞断片も三日月形を形成し1時間以上遊走することが知られている。この断片の形状を詳細に調べてみると、元の細胞と相似形をしていることがわかった。この知見も全く新しい事実である。魚種によってケラトサイトの形態が異なり、同時に、ストレスファイバの発揮する牽引力が異なること、また、同一魚種であれば、ケラトサイトとケラトサイト断片が同じ形態、すなわち相似形であることが明らかになった。

これらの結果から、ストレスファイバが形態形成の重要な役割を果たしており、そのストレスファイバの特性は、同一魚種であれば、細胞が断片化しても維持されることが強く示唆される。ストレスファイバがケラトサイトの形態形成に重要であるという知見はこれまでに無く、申請者にとっても大いに意外な事実であった。今後は、ストレスファイバの役割を明らかにするため、ストレスファイバを人為的に破壊したり、ストレスファイバの細胞体内での動態を促進、抑制するなどの制御を与えたときのケラトサイトの形態の変化を観察する。それに基づき、ケラトサイトの形態ができるメカニズムを理論的に考察したい。27年度が最終年度であるため、記入しない。
中部山岳地域における積雪期の化学物質の循環とその分布

中部山岳地域の飛騨山脈、八ヶ岳山塊、木曽山脈、赤石山脈において、冬季に降雪採取および積雪の全層採取を行った。その結果、本地域では降雪中に含まれる化学物質中の海塩を起源とする割合は極めて少なく、黄砂が観測される際には降雪中のCa^<2+>、SO_4^<2->等の成分が大きくなることが明らかとなった。また、南岸低気圧の通過の際にもたらされる本地域での降雪中のNO_3^-/nssSO_4^<2->比は1を超え、関西や中京地域からの人為起源の大気汚染物質が降雪に取り込まれて沈着していることが考えられる。また、天竜川支流小黒川の森林源流域において水文調査を実施した。観測項目は河川流量、河川水温、気温、降水量であり、河川水と降水を定期的に採取し、その化学分析を行った。河川流出高の増減に伴う河川水質の変動が認められ、HCO_3^-濃度とCa^<2+>濃度の月平均値は流出高が大きくなると増加し、NO_3^-濃度の月平均値は流出高が大きくなると減少した。陰イオンでは冬季に比べて夏季にHCO_3^-が多く生成されるために、河川水中のイオン組成が季節の推移とともに大きく変化していた。低水時には蒸発散による流出高の日変動がみられた。その際には、河川の流出高は早朝に極大、昼に極小を持つ日変動を繰り返し、河川水中のイオン濃度は、流出高が増加したときに濃度が高くなる変化を示した。融雪による流出高の増加時には、NO_3^-濃度は初期には高くなったが、後半は低くなる変化を示した。また、流域内への化学物質の沈着量と流域からの流去量を算出し、対象流域における物質収支を求めた結果、陽イオンではすべてのイオンで流去量の方が沈着量を上回った。K^+は植物からの起源が考えられ、Na^+、Mg^<2+>、Ca^<2+>は、土壌や岩石を起源として流出していると考えられた。一方、陰イオンでは、NO_3^-は年間を通して沈着量の方が流去量よりも多く、Clの物質収支はほぼ釣り合っていた。信州大学理学部屋上において、降水および乾性降下物採取を実施し、その化学分析を行った。しかしながら、本年度は理学部の別棟の改修工事が行われたため、その影響と思われるCa^<2+>濃度の増加が認められた。また、春先には黄砂の影響と思われるCa^<2+>とSO_4^<2->の沈着量の増大が観測された。現在、中部山岳地域を中心とする高山において積雪を採取し化学分析を行っている。今冬季は降雪量も多く、試料採取は順調に進行している。中央アルプス・駒ヶ岳山塊の小流域に実験流域を設定した。パーシャルフリュームにより水位を自動計測し、流量の連続測定を開始した。また、降水量、気温、水温の観測も開始した。さらに、自動採水器により河川水を定期的に採取し、化学分析を実施した。本年度は、秋季に比較的まとまった降雨が観測され、その際に大きな流量が記録された。流量増大時には主要な溶存成分濃度は減少するが、NO_3^-のみは流量の増加に従い一時的に濃度が大きくなる。

これからの融雪期には、集中的な観測を実施する予定である。信州大学理学部屋上および松本市周辺地域において、降水採取を実施し、その化学分析を行った。気象条件によって降水中の化学物質濃度は大きく変動し、さらに空間分布パターンにも変化が認められた。また、春先には黄砂の影響と思われるカルシウムイオンと硫酸イオンの沈着量の増大が観測された。中部山岳地域を中心とする高山域において積雪を採取し化学分析を行った。その結果、採取地点の位置によって化学物質濃度は変動し、さらに標高によっても化学物質濃度の値が異なることなどが明らかとなった。今冬季は降雪量も多く、試料採取を継続して実施している。中央アルプス・駒ヶ岳山塊の小流域に実験流域を設定し、本年度も継続して調査を実施した。融雪時や降雨による流量の増大時には主要な溶存成分濃度は減少するが、硝酸イオンのみは、流量の増加に従い一時的に濃度が大きくなることが明らかとなった。中部山岳地域の飛騨山脈、八ヶ岳山塊、木曽山脈、赤石山脈において、冬季に降雪採取および積雪の全層採取を行った。その結果、本地域では降雪中に含まれる化学物質中の海塩を起源とする割合は極めて少なく、黄砂が観測される際には降雪中のCa^<2+>、SO_4^<2->等の成分が大きくなることが明らかとなった。また、南岸低気圧の通過の際にもたらされる本地域での降雪中のNO_3^-/nssSO_4^<2->比は1を超え、関西や中京地域からの人為起源の大気汚染物質が降雪に取り込まれて沈着していることが考えられる。また、天竜川支流小黒川の森林源流域において水文調査を実施した。観測項目は河川流量、河川水温、気温、降水量であり、河川水と降水を定期的に採取し、その化学分析を行った。河川流出高の増減に伴う河川水質の変動が認められ、HCO_3^-濃度とCa^<2+>濃度の月平均値は流出高が大きくなると増加し、NO_3^-濃度の月平均値は流出高が大きくなると減少した。陰イオンでは冬季に比べて夏季にHCO_3^-が多く生成されるために、河川水中のイオン組成が季節の推移とともに大きく変化していた。低水時には蒸発散による流出高の日変動がみられた。その際には、河川の流出高は早朝に極大、昼に極小を持つ日変動を繰り返し、河川水中のイオン濃度は、流出高が増加したときに濃度が高くなる変化を示した。融雪による流出高の増加時には、NO_3^-濃度は初期には高くなったが、後半は低くなる変化を示した。また、流域内への化学物質の沈着量と流域からの流去量を算出し、対象流域における物質収支を求めた結果、陽イオンではすべてのイオンで流去量の方が沈着量を上回った。K^+は植物からの起源が考えられ、Na^+、Mg^<2+>、Ca^<2+>は、土壌や岩石を起源として流出していると考えられた。一方、陰イオンでは、NO_3^-は年間を通して沈着量の方が流去量よりも多く、Clの物質収支はほぼ釣り合っていた。
意味記憶の脳内基盤-左右側頭葉のはたらき-

1.語義失語と表層失読について・目的:欧米では不規刻な読みの語を規則的に読み誤る表層失読が意味痴呆において報告されている。わが国では漢字に特有の読み誤りを生じる類音的錯読が典型的な語義失語において観察されている。語義失語例における表層失読の有無を検討する。・方法:典型的な語義失語像を呈する左優位側頭葉前方部萎縮例において、読みの一貫性と頻度を統制した熟語の音読課題を施行した。・結果:音読成績は読みの一貫性が乏しくなるに従って有意に低下し、その傾向は低頻度語で顕著という表層失読のパターンを示した。・結論:左側頭葉優位の萎縮例にみられる典型的な語義失語例における漢字の読み誤りは、表層失読によるものである。2.意味痴呆における語彙再獲得の可能性について・目的:側頭葉限局性萎縮による意味痴呆では、複数記憶システムの一翼を担う意味記憶が選択的に障害される。意味痴呆において比較的早期に残存する機能を利用した、語彙の再獲得を目指す訓練を試みた。・対象者:意味痢呆(semantic dementia:SD)の診断基準に合致した側頭葉限局萎縮例7名を対象者とした。SD例の側頭葉萎縮は全例両側に及び,4例は左優位の萎縮を,また他の3例は右優位の萎縮を呈していた。・方法:自宅にてカテゴリー別の線画を用い呼称・書字・指示によるドリルを施行した。任意の1カテゴリーから開始し、習得が確認でき次第カテゴリーを漸増した。・結果:訓練成果には個人差があり、訓練前の指示課題の成績ならびに、側頭葉萎縮の左右差が成績や課題遂行に影響を及ぼすことが示された。訓練の成果が高かったのはいずれも左優位例で、右優位例の場合自宅でドリルに取り組む意欲が総じて低く、訓練への導入に困難を極めた。認知機能のみならずコミュニケーションに関する全体的行動についても左右側頭葉の異なる関与が示唆された。・目的:今回われわれは側頭葉の限局萎縮例における萎縮の左右差による症状の違いから左右側頭葉の機能分化に関する検討を試みた。・対象者:頭部MRI及びSPECT、神経心理検査から、Neary et al.(1998)の意味痴呆(semantic dementia : SD)の診断基準に合致した9例を対象者とした。側頭葉の萎縮は全例両側に及び、5例は左優位の萎縮を、また他の4例は右優位の萎縮を呈していた。それぞれSD-L群,SD-R群とした。・結果:(1)言語機能に関する比較言語機能に関しては標準失語症検査(SLTA)並びにカテゴリー別に80種の線画ならびに10種の色見本を用いて呼称と理解を調べる検査(伊藤ら,1994)を施行した。SLTAの結果からは、呼称・理解・漢字の読み書きで障害がみられ、復唱・仮名の操作・計算能力が保存される共通の障害パターンが両群で認められたが、定型的な語義失語像を呈するSD-L群では口頭命令、短文理解、漢字の読み書きや理解など多くの項目でより重度の低下を示した。一方マンガの説明に関してはSD-R群の方が低い成績であった。線画の呼称と理解の課題においては呼称成績の低下がSD-L群で目立ち、SD-L群の特徴としての喚語困難が示されてた。

理解に関しては共にカテゴリーに特異的な成績低下を認めたが、両群間の差は明らかでなかった。(2)知能に関する比較知能に関してはWAIS-Rを施行し、結果を比較した。SD-L群,SD-R群の総IQは77.6:72と全般に成績の低下が認められた。SD-L群では語義失語の影響が強いと考えられる言語性検査の成績低下に対して、その影響を受けることが比較的少ない動作性検査では成績低下がごくわずかにとどまった(VIQ=69,PIQ=91.2)。一方、語義失語の程度が比較的軽いSD-R群では、言語性検査、動作性検査ともに成績は低下していた(VIQ=75,PIQ=71)。・結論:以上の検討から語義失語の程度が重篤なSD-L群と非言語性知的機能の障害を有するSD-R群という対比が明らかとなり、左右の側頭葉の機能分化を示唆する結果となった。・目的:左右側頭葉の機能分化に関する基礎的検討として2種類の補完課題を用いて側頭葉の限局萎縮例における萎縮の左右差と表象の認知に関する比較検討を試みた。・対象者:意味痴呆(semantic dementia : SD)の診断基準に合致した6例を対象者とした。SD例の側頭葉萎縮は全例両側に及び,3例は左優位の萎縮を,また他の3例は右優位の萎縮を呈していた。それぞれSD-L群,SD-R群とした。・方法:言語および視覚表象の保存の有無について2種類の補完課題を用いて比較検対した。言語性表象に関しては,被験者によく知られた諺の始めの句を聴覚提示し,ひきつづき諺を完成させるよう求める諺補完課題を,また視覚性表象に関しては,日用品の部分写真に相応しい残りの部分を選択肢の中から照合させる視覚性補完課題を新たに開発し用いた。また補完に用いた諺の定義を述べる課題と視覚性補完に用いた物品の呼称課題を実施した。・結果と考察:(1)言語表象の貯蔵に関する検討諺の定義課題においてはいずれも著しい低下を示した。一方諺補完課題において。SD-L群はSD-R群と比較し,補完現象の消失が著明であった。諺の意味理解という高度な意味判断の課題では両群とも著しい低下を示したが。成句の表膚部ないし形式的側面である諺の音韻表象に関して両群に差がみられ。SD-L群における音韻性表象の喪失が顕著であった。(2)視覚表象の貯蔵に関する検討物品の部分写真の呼称課題は両群とも著しい低下を示し,ともに失名辞を呈していた。しかし物品補完課題では、SD-R群の成績低下が一層明白であった。SD-R群では一部分の視覚情報から全体を認知するために必要な視覚性表象の喪失が示唆された。・結論:左側頭葉前方部は言語性表象の貯蔵に,一方右側頭葉前方部は視覚性表象の貯蔵にそれぞれ密接な関連を持つことが示唆された。1.語義失語と表層失読について・目的:欧米では不規則な読みの語を規則的に読み誤る表層失読が意味痴呆において報告されている。わが国では漢字に特有の読み誤りを生じる類音的錯読が典型的な語義失語において観察されている。語義失語例における表層失読の有無を検討する。・方法:典型的な語義失語像を呈する左優位側頭葉前方部萎縮例において、読みの一貫性と頻度を統制した熟語の音読課題を施行した。・結果:音読成績は読みの一貫性が乏しくなるに従って有意に低下し、その傾向は低頻度語で顕著という表層失読のパターンを示した。・結論:左側頭葉優位の萎縮例にみられる典型的な語義失語例における漢字の読み誤りは、表層失読によるものである。2.意味痴呆における語彙再獲得の可能性について
ガラクトース転移酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いた糖鎖機能の解析

GalT-IKOマウスは129とC57BL/6の交雑系では、正常に生まれてくるものの生後に成長遅延を示し、離乳前に約半数が死亡することをすでに報告したが、このマウスをC57BL/6の背景にすると胎生後期から成長が遅れ、出生時にすべて死亡することが明らかとなった。胎児や新生児の組織を調べたところ、全体に成長が遅れており、特に出生時にうまく肺呼吸に移行できないことが死亡原因と考えられた。胎生後期の発達に重要なIGF-I,IGF-IIやEGFなどの成長因子に対する応答性を調べてみたが、GalT-IKOマウスに特に異常は見いだせなかった。遺伝的背景によってKOマウスの表現型が変化することはいくつかの遺伝子ですでに報告があるが、GalTの場合は最近新たに5つのGalT遺伝子が発見されたので、他のGalTが相補する程度がマウスの系統によって異なる可能性が示唆された。他のGalT遺伝子の発現を調べて、GaIT-I遺伝子の機能を相補しているGalT遺伝子の同定とそのKOマウスの作製も進めている。交雑系のGalT-IKOマウスのうち離乳できたものは、その後は成長は正常に進むが、数カ月以内に腎孟腎炎を多発して死亡する。血中の白血球数が増加しており、肝臓や脾臓に髄外造血が見られることから、免疫系の異常による日和見感染の可能性が考えられた。GalTが合成に関与するシアリルLe^xは感染や炎症の際の白血球の接着に重要なセレクチンのリガンド糖鎖なので、このマウスではセレクチンのリガンド糖鎖に異常があって、感染に非常に弱い可能性が考えられる。特にL-セレクチンのリガンド糖鎖が腎盂で非常に強く発現していたので、現在その可能性を解析しているところである。
ＰＫ／ＰＤ理論と標的臓器の治療目標達成確率を指標とした抗菌剤の最適投与法の確立

我々は、ヒト前立腺組織およびサイト固有の薬物動態学-薬力学的評価に基づく前立腺炎のための投与レジメンの評価にドリペネムとメロペネムの浸透性を報告した。我々は、血漿および尿中濃度データの薬物動態-薬力学の目標達成解析による腎機能障害を有する患者において、イミペネムの最適な投与法を報告した。私たちは、人間の肺とターゲット器官特異的薬力学シミュレーションにおけるセフェピム濃度データの薬物動態学的モデル解析を報告した。私たちは、気管支の上皮被覆液の臨床薬物動態およびクラリスロマイシンとテリスロマイシンの薬力学を報告した。1.リアルタイムTDMシステムの構築:研究協力施設において、血液および生体試料を採取するシステムを構築した.薬物濃度測定および解析結果をE-mailにて送付する報告体制を強化し、多施設間でのリアルタイムTDMシステムを確立した.2.PK/PDデータ収集:対象薬剤:抗菌剤:PKデータ収集:血液中および体液中(人工透析液、脳脊髄液、腹水、胆汁、等)の薬物濃度測定は、GC-MS、HPLC(高感度検出器購入)およびEIAにて行った.PDデータ収集:医薬品の臨床効果を評価できるPDデータ(臨床分離菌のMIC分布等)は、研究協力施設・診療科から入手した.各施設で、本研究に対して倫理委員会の承認を得た後に研究を開始し、各種症例数1020症例のPKデータを統計的に処理し、各薬剤の母集団薬物動態パラメータ(PPK)を確定した.PPKの算出方法には、STS法とNONMEM法を用いた.患者の年齢(小児、成人、高齢者)、病態別(腎機能正常者、腎機能障害患者、肝機能障害患者)に評価した.3.PK/PD研究用コンピュータソフトの開発:患者個々のPKデータを収集し、適応症例のPPKを推定するためのPKとPK/PD解析用プログラムを作成している途中である.さらに、パーソナルコンピュータを用い、PK/PD解析アルゴリズムを搭載したマクロ・プログラムを作成し、Excelファイル上で稼動するコンピュータソフトを構築中である.PK/PDパラメータの予測は、モンテカルロ・シミュレーション法にて各治療方法の臓器別の目標達成確率を算出することで、想定しうる最適な治療方法を提言できるPK/PD解析用プログラムを作成中である.本年度は、標的臓器における医薬品のPK/PD理論に基づいた治療最適化ソフトの構築と臨床応用をさらに進める目的で以下のとおり実施した。1.リアルタイムTDMシステムの構築:研究協力施設において、血液および生体試料を採取するシステムを構築した.薬物濃度測定および解析結果をE-mailにて送付する報告体制を強化し、多施設間でのリアルタイムTDMシステムを確立した.2.PK/PDデータ収集:PKデータ収集:血液中および体液中(人工透析液、脳脊髄液、腹水、胆汁、等)の薬物濃度測定は、HPLC(高感度検出器購入)およびFPIAにて行った.PDデータ収集:医薬品の臨床効果を評価できるPDデータ(臨床分離菌のMIC分布等)は、研究協力施設・診療科から入手した.各施設で、本研究に対して倫理委員会の承認を得た後に研究を開始し、各種症例数1020症例のPKデータを統計的に処理し、各薬剤のPPKを確定した.PPKの算出方法には、STS法とNONMEM法を用い、患者の年齢(小児、成人、高齢者)、病態別(腎機能正常者、腎機能障害患者、肝機能障害患者)に評価した.3.PK/PD研究用コンピュータソフトの開発:患者個々のPKデータを収集し、適応症例のPPKを推定するためのPKとPK/PD解析用プログラムを作成した.また、パーソナルコンピュータを用い、PK/PD解析アルゴリズムを搭載したマクロ・プログラムを作成し、Excelファイル上で稼動するコンピュータソフトを構築した.さらに、PK/PDパラメータの予測は、モンテカルロ・シミュレーションにて各治療方法の臓器別の目標達成確率を算出することで、想定しうる最適な治療方法を提言できるPK/PD解析用プログラムのプロトタイプを作成した.我々は、ヒト前立腺組織およびサイト固有の薬物動態学-薬力学的評価に基づく前立腺炎のための投与レジメンの評価にドリペネムとメロペネムの浸透性を報告した。意義:抗菌剤の治療効果の指標として、標的臓器における治療目標達成確率を用い、実際の治療前に治療効果を推定できるコンピュータソフトを作成し、感染症患者の治療効率を向上させることを目的とする.具体的内容:1.リアルタイムTDMシステムの構築研究協力施設において、血液および生体試料を採取するシステムを構築した.薬物濃度測定および解析結果をE-mailにて送付する報告体制を強化し、多施設間でのリアルタイムTDMシステムを確立した.2.PK/PDデータ収集:対象薬剤:抗菌剤:PKデータ収集:血液中および体液中(人工透析液、脳脊髄液、腹水、胆汁、等)の薬物濃度測定は、GC-MS、HPLC(高感度検出器購入)およびEIAにて行った.PDデータ収集:医薬品の臨床効果を評価できるPDデータ(臨床分離菌のMIC分布等)は、研究協力施設・診療科から入手した.

各施設で、本研究に対して倫理委員会の承認を得た後に研究を開始し、各種症例数1020症例のPKデータを統計的に処理し、各薬剤の母集団薬物動態パラメータ(PPK)を確定した.PPKの算出方法には、STS法とNONMEM法を用いた.患者の年齢(小児、成人、高齢者)、病態別(腎機能正常者、腎機能障害患者、肝機能障害患者)に評価した.3.PK/PD研究用コンピュータソフトの開発:患者個々のPKデータを収集し、適応症例のPPKを推定するためのPKとPK/PD解析用プログラムを作成している途中である.研究成果:現在までに構築した臨床患者の標的臓器内の体内動態(Pharmacokinetics : PK)と治療効果(Pharmacodynamics : PD)の比較(PK/PD)標的臓器内の母集団薬物動態パラメータおよびPK/PD研究結果を蓄積しつつある.PK/PDデータ収集:対象薬剤:抗菌剤:PKデータ収集:血液中および体液中(人工透析液、脳脊髄液、腹水、胆汁、等)の薬物濃度測定は、GC-MS、HPLC(高感度検出器購入)およびEIAにて行った.PDデータ収集:医薬品の臨床効果を評価できるPDデータ(臨床分離菌のMIC分布等)は、研究協力施設・診療科から入手した.データの収集は順調に進んでいる.抗菌剤の治療効果の指標として、標的臓器における治療目標達成確率を用い、実際の治療前に治療効果を推定できるコンピュータソフトを作成し、感染症患者の治療効率を向上させることを目的とする.この目的を達成するために、現在までに構築した臨床患者の標的臓器内の体内動態(Pharmacokinetics : PK)と治療効果(Pharmacodynamics : PD)の比較(PK/PD)研究の体制を全国規模に拡張し、標的臓器内の母集団薬物動態パラメータおよびPK/PD研究結果を蓄積しつつある.データは、順調に蓄積中である.患者個々のPKデータを収集し、適応症例のPPKを推定するためのPKとPK/PD解析用プログラムを作成している途中である.さらに、パーソナルコンピュータを用い、PK/PD解析アルゴリズムを搭載したマクロ・プログラムを作成し、Excelファイル上で稼動するコンピュータソフトを構築中である.PK/PDパラメータの予測は、モンテカルロ・シミュレーション法にて各治療方法の臓器別の目標達成確率を算出することで、想定しうる最適な治療方法を提言できるPK/PD解析用プログラムを作成中である.平成23年度に得られた結果を基にして、研究をよりいっそう発展させるとともに、さらに症例を重ねることで、各治療方法と投与量および病態別のPPKを算定し、臨床患者に対する投与量決定に応用する.
19世紀プロイセン貴族に関する史的研究

貴族は身分制社会においては、家系を基軸に騎士領と管職を保持している身分である。そして、貴族は騎士領内では領地を私的に所有すると同時に、領民に対する公的法的権威者だった。この私的領域と公的法的領域は貴族身分のなかで融合したが、このことはシンボルによる支配システムによって強化されていた。貴族身分としての社会的地位にふさわしい態度、消費、結婚、狩猟権等がそれである。しかし、市場経済の発展と国民国家の形成は制度としての身分を解体し、貴族のなかの公的法的領域は国家に吸収される。19世紀初のプロイセン改革は、騎士領と管職を能力・財力ある者に開放して貴族への社会移動は進み、領主裁判権の廃止(1849年)、領主警察権の廃止(1872年)は貴族を法的に一国民として国家に統合した。貴族と領民との間のパターナリズムは消滅し、貴族は経済階級へ変身した。新たな経済状況へ適応し、議会主義の政治状況に順応する貴族の姿は、ブルジョワと変わるところがない。しかし、シンボルによる支配の意識が貴族から消えたわけではなかった。貴族は19世紀末の農業恐慌を乗り切り、騎士農場や家族世襲財産を維持あるいは増大させたが、これは彼らが社会的地位の保全に努めた結果に他ならない。土地・農場は貴族にとって利潤追求の手段であるばかりか、家系への誇り、君主と人民の媒介体としての誇り、これらを育て確認する場であった。このことは貴族の結婚範囲に示されている。貴族女性の結婚相手は貴族男性に限定される一方、貴族男性の結婚相手が富裕ブルジョワ女性であったとしても、それは騎士農場所有の富裕ブルジョワ女性に限られていた。身分的差異意識と階級対立の重なり、これがドイツ第二帝制の社会の姿である。
吸入麻酔薬とNeurosteroidの相互作用

この研究結果を可能な限り正確するため,synaptneurosome(以下SYN)の一定した保存環境と、測定までの効率的な実験環境システム改善を行った。SYNの保存状態を一定に保つには、検体の週齢、保存温度ならびに検体作成から測定までの時間により、誤差を生ずることが確認されたので、SYN単体をcontrol群として以下の方法で変化率により検討した。結果;コントロール群との変化率より(2)は単体でも脳活動抑制効果を高めることが示唆された。(3)ではC1-がcontrol群と比し127%増加して、また、(4)では約88%の増加を示し、(3)と(4)の比較ではややSEVOの影響からかCl-の取り込み量は減少していた。この結果からGABAおよびTPH単体では抑制を示すが,GABA及びTPHの混合では逆に鎮静効果を低下させることが示唆された。さらに(4)と(5)の対比では約39%抑制されているため、吸入麻酔薬がGABA recepterに関与していることが示唆された。また,今回の実験でSEVO投与によってC1-と取り込み量が減少し,鎮静効果が抑制されたのは使用した,SEVOの薬剤をSYNに直接投与したためによる,刺激性から得られた結果ではあると示唆された。しかしながら,(2)単体と(3)と(4)の比較から結論として,TPHが吸入麻酔薬と相互作用を示し,麻酔(沈静)効果を増強させる可能性があると示唆された。(1)Neurosteroid活性の検証方法;雄性ラット(250-300g;wister種)を用い,無麻酔下に断頭し大脳を摘出、大脳皮質よりSynaptneurosomeを分離,約4°Cで冷中保存した.分離後30分以内に36Cl-(36chloride)を用いて取り込み量の測定を行った.GABA, Neuroactive steroid(3α,5β-TPH(500nm)),吸入麻酔薬(Sevoflurane)の単体各々に36Cl-(36chloride)を混入させ,加温した温浴層(30°C)にPreincubationしSynaptneurosomeを加え反応促進させた.10秒間の反応促進の後、Picurotoxin含有Bufferniにて反応停止後,シナプトソーム吸着装置を用いてSynaptneurosomeの吸着を行い,液体シンチレータにて各々について36Cl-(36chloride)の取り込み量の測定を行い評価した.(アイソトープ測定計3回)Synaptneurosomeの吸着実験では、36Cl-(36chloride)の取り込みが確認されたが,各群の実験ごとの取り込み量が不安定であり,試薬調整法,実験手技などの修正の必要性が示唆された.計測結果が不安定であり統計処理による検定にまで至らなかったため、Neurosteroido活性の確証までは得られていなかった.(2)吸入麻酔薬とGABAおよびNeurosteroidの相互作用の確認この実験はSynaptneurosomeの検体処理方法ならびに,吸入麻酔薬の試薬調整が難しく、安定した実験結果を得るためには実験方法の更なる工夫、検討が必要であると示唆された.1.Neurosteroid活性の検証方法;雄性ラット(250-300g;wister種)を用い,無麻酔下に断頭し大脳を摘出、大脳皮質よりSynaptneurosomeを分離,36Cl-(36chloride)を用いて取り込み量の測定を行った.GABA, Neuroactive steroid(3α,5β-TPH(500nm)),吸入麻酔薬(Sevoflurane)の単体各々に36Cl-(36chloride)を混入させ,加温した温浴層(30°C)にPreincubationしSynaptneurosomeを加え反応促進させた.Picurotoxin含有Bufferniにて反応停止後,シナプトソーム吸着装置を用いてSynaptneurosomeの吸着を行い,液体シンチレータにて各々について36Cl-(36chloride)の取り込み量の測定を行った.Synaptneurosomeの吸着実験では、36Cl-(36chloride)の取り込みが確認された.安定した結果を得るまでに当初計画よりも予備実験期間が延長したので統計処理による検定至るまでの検体数には至っていない。2.吸入麻酔薬とGABAおよびNeurosteroidの相互作用の確認この研究結果を可能な限り正確するため,synaptneurosome(以下SYN)の一定した保存環境と、測定までの効率的な実験環境システム改善を行った。
食道癌および胃癌における腫瘍幹細胞と骨髄由来細胞の相互作用の解析

胃癌および食道癌における腫瘍幹細胞と間質細胞の関係を示した。食道癌および胃癌症例における腫瘍幹細胞および骨髄間葉系幹細胞マーカーの発現を検討し、p75NTRやCD44に対する分子伝達経路阻害による腫瘍抑制効果を免疫不全マウスへの腫瘍細胞および骨髄由来細胞の移植実験によって示すことを目的として研究を進め以下の結果を得た。1)食道癌および胃癌切除標本における幹細胞マーカー発現の検討組織アレイを用いた免疫組織染色によって食道扁平上皮癌の58/81例(71.6%)29/81例(35.8%)においてCD44およびALDH-1の発現をそれぞれ認めた。両分子の発現と予後など臨床病理学的因子との相関は認めなかった。胃癌においては33/63例(52.4%)においてALDH-1の発現を認め、発現は低分化な組織型と有意に相関していた。2)食道癌および胃癌切除標本のマウスへの移植食道小細胞癌1例、食道GIST 1例、胃癌7例、胃GIST4例から、患者さまの同意のもと、手術標本から腫瘍片を採取し免疫不全マウスの皮下に移植し、胃癌1例、食道小細胞癌1例、食道GIST1例、胃GIST2例から皮下移植腫瘍を得た。腫瘍形成が予想より低頻度であったため胃癌培養細胞株10株を免疫不全マウスに移植し、4株から皮下移植腫瘍を得た。3)切除標本における腫瘍幹細胞マーカー発現の検討食道小細胞癌切除標本およびマウス皮下移植腫瘍、培養細胞株における食道癌幹細胞マーカーp75NTRの発現を免疫染色にて確認した。胃癌小細胞癌切除標本およびマウス皮下移植腫瘍、培養細胞株における胃癌幹細胞マーカーCD44およびALDH-1の発現を免疫染色にて確認した。4)腫瘍幹細胞と間質細胞との相互作用の検討胃癌切除標本から間質細胞(線維芽細胞)を分離培養し、胃癌細胞株とともにマウス皮下へ供移植したところ、胃癌細胞株単独に比べて腫瘍増殖の促進がみられ、摘出標本にてヒト由来癌細胞とともに間質細胞の増殖を認めた。食道癌幹細胞について、免疫組織化学およびフローサイトメトリーを用いた検討から食道扁平上皮癌においてALDH-1がp75NTR陽性細胞に含まれる少数分画で発現していることを確認した。食道癌組織標本を用いp75NTR陽性および陰性症例におけるmiRNAの発現をマイクロアレイを用いて検討したところ、陽性症例において高発現しているものとして幹細胞関連miRNAとして報告されているLet7やmir143とともにmir1247が新規に抽出され、陽性症例において低発現なものとしてmir203やmir634が抽出された。さらに食道癌細胞株を用いてp75NTR高発現株(KYSE790)および低発現株(KYSE50)における上記miRNAの発現変動を確認した。さらにALDH-1陽性症例で強発現しているmiRNAとしてLet7やmir371、mir181に加えて新規にmir943やmir887が抽出された。現在、ベクター導入によってこれらmiRNAの発現を制御した食道癌細胞株を作製し発癌や転移に関わる機能解析を進めている。胃癌幹細胞について、胃癌切除検体から作製した組織アレイを用いて幹細胞マーカー(p75NTR、CD44、ALDH-1、LGR5、CD133)の発現を検討しALDH-1が有用である可能性を示した。ヒト胃癌切除組織および胃癌細胞株MKN45およびNUGC4においてCD44/ALDH-1供発現細胞が存在することを確認しており、現在ヒト胃癌細胞株を用いてCD44/ALDH-1供発現細胞の分離および幹細胞形質の解析を進めている。さらにヒト胃癌細胞株MKN45およびNUGC4をヒト胃癌切除標本から採取した線維芽細胞とともに免疫不全マウス皮下および腹腔内へ移植したところ、胃癌細胞株単独移植群に比べて供移植群でより大きな腫瘍を形成し、免疫組織学的検討ではALDH-1/CD44供発現細胞およびalpha SMA陽性CAFの増加を認めた(未発表)。また間葉系幹細胞マーカー(STRO-1、vimentin、alphaSMA)の発現を検討し癌部でのalphaSMA発現亢進を示した(未発表)。骨髄由来間葉系幹細胞MSCを培養し腫瘍細胞との相互作用について免疫不全マウスへの移植実験によって確認中である。
エネルギーに関する総括的研究

「総合総括班」は、「エネルギー特別研究(エネルギー)」を総括し、「運営委員会」、「研究計画委員会」、「問題検討委員会」および「評価委員会」を置き、企画・運営・評価の責に当ってきた。本年度の各委員会の活動をまとめると次の通りである。1.「総合総括班」(1)総合総括班会議4回の総括班会議を開催し、各研究班の実施計画、研究成果、次年度の研究計画等を検討した。(2)「昭和60年度研究計画概要」を出版した。(3)「昭和60年度研究成果概要」を出版した。(4)情報メディアNews Vol.6,No.14を発行した。(5)第6回「エネルギー講演会」を開催した。2.「研究計画委員会」12の計画研究班の代表者が属し、次の研究課題につき研究計画を行なった。【◯!1】エネルギーに関する社会的・経済的諸問題の研究(代表者:森口親司、茅陽一、吉沢正)、【◯!2】石炭し重質炭素資源を含む)の変換利用の研究(玉井康勝)、【◯!3】化学的エネルギーの研究(高橋正雄)、【◯!4】太陽光による光合成の研究(本多健ー)、【◯!5】生物エネルギーの利用と開発(田口久治)、【◯!6】自然エネルギーの研究(浦野良美)、【◯!7】トリウム燃料に関する総合的研究(柴田俊一)、【◯!8】海水ウラン採取に関する基礎的研究(菅野昌義)、【◯!9】熱エネルギーの高効率用に関する研究(岐美格)、【◯!10】電気エネルギーの有効利用と高密度化に関する研究(林宗明)、【◯!11】生物資源にかかわるエネルギー利用の高効率化に関する研究(川村登)、【◯!12】化学プロセスにおけるエネルギーの有効利用(高松武一郎)。3.「問題検討委員会」2つの検討班が次の課題について検討を行なった。【◯!1】エネルギー情報(代表者:水科篤郎)、【◯!2】高温熱エネルギーによる直接発電(林宗明)。4.「評価委員会」9名の評価委員が研究課題の選定、実施計画、成果達成度などを検討・評価した。
関西方言の動態に関する社会言語学的研究

この総合的研究での成果は,以下の通りである.1.関西中央部における言語体系,言語運用の変容の記述(1)京都市における日常の伝統的あいさつ表現の諸相をその変遷も含めて詳細に記述した.(2)大阪市における言語使用,特に最も大阪弁らしさを示す形式「ヤンカ」の運用実態を解明した.(3)関西圏における,商店街とか通りの名などの通称地名の名づけ方の実態と,その主な型の分布状況を明らかにした.2.関西方言の話し手及び関西の若年層における言語意識と言語運用の実態の把握(1)関東(東京及びその周辺)に移住した大阪方言話者を探し出し,彼らの言語意識と大阪方言の使用度・理解度の実態を明らかにした.(2)関西中央部の若年層(800名)を対象にアンケート調査を実施し,新方言の使用状況と言語変化のメカニズムを解明した.3.関西中央部の言語勢力の周辺地域への波及状況の追究(1)神戸-神奈川間,京都-豊岡間,及び御所-新宮間においてグロットグラム(地域差と年齢差)調査を実施し,関西中央部のことばの周辺への波及の状況を明らかにした.(2)兵庫と鳥取・岡山県境,滋賀と岐阜県境,及び三重と愛知県境において言語地理学的調査を実施し,関西における地域共通語の伝播の状況を追究した.なお,この成果の概要は,報告書『関西方言の動態に関する社会言語学的研究』(徳川宗賢編)として出版した(昭和63年3月).この総合的研究での成果は,以下の通りである.1.関西中央部における言語体系,言語運用の変容の記述(1)京都市における日常の伝統的あいさつ表現の諸相をその変遷も含めて詳細に記述した.(2)大阪市における言語使用,特に最も大阪弁らしさを示す形式「ヤンカ」の運用実態を解明した.(3)関西圏における,商店街とか通りの名などの通称地名の名づけ方の実態と,その主な型の分布状況を明らかにした.2.関西方言の話し手及び関西の若年層における言語意識と言語運用の実態の把握(1)関東(東京及びその周辺)に移住した大阪方言話者を探し出し,彼らの言語意識と大阪方言の使用度・理解度の実態を明らかにした.(2)関西中央部の若年層(800名)を対象にアンケート調査を実施し,新方言の使用状況と言語変化のメカニズムを解明した.3.関西中央部の言語勢力の周辺地域への波及状況の追究(1)神戸-神奈川間,京都-豊岡間,及び御所-新宮間においてグロットグラム(地域差と年齢差)調査を実施し,関西中央部のことばの周辺への波及の状況を明らかにした.(2)兵庫と鳥取・岡山県境,滋賀と岐阜県境,及び三重と愛知県境において言語地理学的調査を実施し,関西における地域共通語の伝播の状況を追究した.なお,この成果の概要は,報告書『関西方言の動態に関する社会言語学的研究』(徳川宗賢編)として出版した(昭和63年3月).関西方言の動態を総合的に解明することを目的として、研究領域を以下の13に分け、研究連絡会議を行なった上で、分担者をそれぞれに配置して全体的な統一をとりつつ調査研究を展開した。1.関西中央部における言語体系、言語運用の変容の記述(1)京都市および大阪市域において、生え抜きの方言話者を対象に、待過表現関係の語彙,表現法を収集,整理分析した。(2)関西型の通称地名の変容を把握するための通信調査を実施。データを分析,地図化した。2.関西方言の話し手および関西の若い層における言語使用と言語意識の様相把握(1)関東(東京・埼玉)に在住している関西出身者を対象に、関西方言に対する意識や方言使用の実態を調査したデータを分析。報告書を作成した。(2)関西の若年層における新方言の運用状況の調査資料を分析した。3.関西中央部の言語勢力の周辺地域への波及状況の追究(1)三重と愛知の県境地帯および滋賀と岐阜の県境地帯において、老若二層を対象とした言語地理学的調査を実施。得られた資料を整理分析した。(2)60年度までに得たデータの解析を継続。また改たに、奈良-新宮間,京都-豊岡間,神戸-鳥取間等において詳細なグロットグラム(年齢X地点)調査を実施。データを関西中央部の言語勢力の波及という観点から整理検討した。なお、これらの研究成果は、昭和62年5月に大阪で開催する「公開研究報告会」において発表する予定である。
アミン銅処理した木材中に存在する“銅”のナノスケール解析

木材細胞壁内における保存剤の分布と性状は、保存効力の善し悪しを決定づける重要な因子となるが、木材細胞壁における保存剤(特に銅)の挙動は詳細に解明されていない状況にある。本研究では、ナノスケール解析が可能な超高分解能電子顕微鏡技術を導入して、木材細胞壁内に取り込まれた“銅"の直接可視化を行うと共に、可視化する際に克服すべき技術課題の洗い出しを行った。その結果、分析電子顕微鏡の最新鋭の収差補正機能を駆使し、さらに木材細胞壁の観察・分析に適するような条件を編み出したことによって、銅の挙動をナノスケールで捉えることが可能となった。公共建築物の木造化が推進されるなか、外構用木材の需要が増えており、耐久性付与技術のさらなる向上が求められている。本研究では、これまで不明点が多かった保存処理材中の薬剤固着や薬剤溶脱の挙動を詳細に解明するための分析技術の確立を試みた。すなわち、主要な保存剤の一つであるアミン銅で処理された木材を対象に、ナノスケール解析が可能な超高分解能電子顕微鏡技術を導入して、細胞壁内に取り込まれた“銅"の直接可視化をおこなった。その結果、細胞壁内における銅の化学構造をナノスケールで直接可視化して性状(単原子orクラスター等)を明らかにするには、以下の3つの克服すべき技術課題が存在することを明らかにした。すなわち、1細胞壁を解析プローブである電子線やX線が十分に透過し得る10nm厚程度まで薄膜化する技術、2薄膜化の過程で起こる試料のダメージや汚染を原子レベルで防ぐ技術、3原子分解能を有しつつ木材組織にダメージを与えにくい観察・分析技術、の3つである。このうち、1の薄膜化技術については、アミン銅処理した仮道管細胞壁を、FIB(集束させたイオンビームを試料に当てて削り取る技法)を用いて無包埋のまま10nm厚に極薄膜化することが可能となった。また3の観察技術については、1の項で成功した薄膜切片を用い、分析電子顕微鏡の最新鋭の収差補正機能を駆使し、さらに木材細胞壁の観察・分析に適するような条件を編み出したことによって、銅の挙動をナノスケールで捉えることが可能となった。アミン銅処理された木材細胞壁(仮道管)内で生成した銅ナノ粒子が、結晶性を有するか否かを、高分解能透過電子顕微鏡(HR-TEM)および球面収差補正付き走査透過電子顕微鏡(Cs-corrected HAADF-STEM)を用いて解析した。スギ辺材の小試験片にアミン銅水溶液を減圧・加圧注入して、アミン銅処理材を作製した。この処理材の早材部から集束イオンビーム加工装置(FIB)を使ってマイクロサイズの微小立方体を削り出した。立方体はマイクロマニピュレーターによって摘出し、さらにFIBで早材仮道管の切片厚さが50nmになるまで薄切した。最後に、アルゴンイオンミリングを用いて仕上げ加工をおこない、最薄10nmの超薄切片を作製し、分析に供した。高分解能透過電子顕微鏡(HR-TEM)による解析の結果、ナノ粒子内に格子像が確認され、結晶であることが判明した。次に、これら格子像をフーリエ変換し、化学構造の同定を試みたところ、金属銅(0価)であることが分かった。以上のことから、アミン銅(2価)は木材細胞壁内で還元され、0価の金属銅ナノ粒子が生成することが明らかとなった。続いて、単原子観察が可能な分解能を有する球面収差補正付き走査透過電子顕微鏡(Cs-corrected HAADF-STEM)を用いてナノスケールで可視化解析をおこなったところ、前述の金属銅ナノ粒子の近傍に、銅が単原子(イオン性)として存在している様子が確認された。以上の結果から、アミン銅処理された木材細胞壁(仮道管)では、イオン性の単原子銅と金属銅ナノ粒子が共存することが明らかになった。本年度の目標に設定した、1アミン銅処理された木材細胞壁中で生成された銅ナノ粒子の化学構造の解析、については、金属銅ナノ粒子であることが明らかとなり、2共存するイオン性銅をナノスケールで可視化、については、単原子銅の可視化に成功した。これらの成果は、最先端の超高分解能電子顕微鏡解析技術を駆使することにより解明出来たものであり、当初の目標通り、「細胞壁中における“銅"の全体像の把握」を達成した。アミン銅処理材を強制的に水で溶脱操作し、溶脱に伴って、1イオン性の銅のみ溶脱するのか、2銅ナノ粒子のみ溶脱するのか、あるいは3双方とも一様に溶脱するのか等を、高分解能走査透過電子顕微鏡を用いて明らかにする。試験体の材料費・作製費、分析機器消耗品等の購入を予定している。

研究代表者が、九州大学で分担者と共に、高分解能走査透過電子顕微鏡を用いる実験を遂行するための旅費、および研究打合せ等に係る旅費を予定している。さらにデータの取りまとめ等のための非常勤職員の雇用費や、研究成果を学術雑誌、国内学会等で報告する予定である。
準三次元計算と航空写真解析の併用による河道計画手法の高度化に関する研究

沖積低地の複断面河道改修では合流点の設計が一つのポイントとなる。本研究では、洪水航空写真のステレオ解析と、樹林抵抗を考慮した三角形非構造格子準三次元浅水流モデルを用いて実用的合流点設計手法を提案した。本手法を利根川・渡良瀬川合流部の1981年洪水流に適用したところ、ステレオ解析から詳細な水面流況が示され、準三次元数値計算はそれらをうまく再現するとともに、合流河道設計に必要な三次元流況に関する情報を提供することができた。昨年度までに作成した準三次元モデルでは乱流粘性νを0方程式モデル(局所的水理量)で与えていた。今年度は乱流エネルギーの輸送方程式からνを計算できるモデルに改め、植生により低水路河岸付近で発生する乱れが高水敷と低水路の流れに及ぼす影響を、より合理的に表せるようにした。このモデルの精度は疑似植生を用いた既往の水路実験データで検証した。昨年度開発している準三次元モデルでは、従来は地表粗度に含めていた大型植生を立体的抵抗体として表現している。そこで今年度は、利根川河川敷において樹木(カワヤナギ)を伐採し、抵抗体のパラメータを具体的に推定した。まず幹・枝の構造と葉の大きさと量を計測し、それぞれの鉛直分布について経験式を作成し、それから準三次元計算に代入する抵抗量と一次モーメントを計算した。また2009年撮影の平水時航空写真から推定された大型植生の形状を現地調査で確認した後、1980年撮影の平水時航空写真から当時の大型植生の形状を推定し準三次元計算に代入する諸量を決定した。以上の準備の後に利根川・渡良瀬川合流点を含む河道区間について1981年洪水の再現計算を行った。低水路および堤防の法線を基準として格子作成ソフト(ANSIS ICEM CFD)により詳細な三角形格子を形成するルーチンを作成した。なお今年度は1辺約12mの詳細格子で計算を行った。その結果を、昨年度実施した洪水航空写真解析の結果と比較し、表面流況について良好な一致を得た。また樹木の立体構造によって特に低水路河岸付近の高水敷面で大きな流速偏倚が生じることがわかった。なお、大型植生が流れにもたらす影響を具体的に調べるための小型水路実験を今年度予定していたが、水路と計測装置の制約のために、用意していた予算では困難であった。その代替として次年度に三次元数値実験を行うこととした。筆者らが以前に開発した準三次元水理モデルでは、樹木などの大型植生も含めて流水抵抗を全て地表粗度(マニング係数)として取り扱っている。しかし大型植生の流水抵抗は立体的である。そこで本モデルでは、植生を樹冠部と幹・茎部に分け、各々について透過抵抗体として取り扱うための定式化を最初に行った。続いて、重み付き残差法により二次流成分も含めた鉛直平均のモデル方程式を求めた。モデル方程式を三角形非構造格子で離散化し、続いてGPGPUを用いて超並列化コードを作成した。準三次元計算検証用の流速データを得るために、利根川・渡良瀬川合流部の樹木群を多く含む河道を対象として1981年洪水航空写真をステレオ解析した。この河道では流向偏倚が非常に大きいことが特徴である。そこで従来の解析法を改良して用いた。また2009年撮影の平水時航空写真から高水敷標高を求め、2008年測量の横断地盤高との差を検討し、平水時航空写真から大型粗度の分布を簡単に調べる手法を求めた。以上の準備の後に、渡良瀬川合流部を含む利根川中流14kmの区間について1981年洪水の水理条件で準三次元計算を実施し、洪水航空写真解析の結果と比較したところ、水面流速および流線について概ねよい一致を見た。昨年度は、乱流エネルギーから渦粘性係数を同定する新たな準三次元方程式系を導出するとともに、マニング式による通常の地表面粗度と抗力係数による樹木群の立体粗度の組み合わせで流水抵抗を表現する新たな準三次元方程式系を導出した。また非構造三角形格子により複雑地形を表す新たな計算スキームを開発し、1981年利根川洪水の条件で1ケースだけ計算した。そこで今年度は、まず計算条件に対するこのモデルの応答を詳しく調べた。すなわち高水敷のマニングの粗度係数(葦原、草地、樹木群の地表面粗度)を系統的に変化させ、粗度係数の曖昧さが流況推定に及ぼす影響を調べた。その結果、治水上問題となる低水路河岸を横切る流れに対する影響は少ないことがわかった。一方、樹木群の抵抗の変化は低水路河岸付近の流れの三次元性に比較的大きな影響を与えていた。このことから低水路河岸の安定性を議論するために本モデルを使用する場合には、樹木抵抗の評価を正確に行う必要が示された。続いて、利根川と渡良瀬川の流量比(r)が異なることによる流況の変化について検討した。航空写真が撮影された1981年洪水ではr=0.28であったが、実際には1に近い場合もあり得る。そこでr=0、0.15、0.5、0.75、1.0の5段階について計算を行い比較した。その結果、渡良瀬川の流量割合が増大するにつれて、利根川右岸高水敷への主流の乗り上げと右岸堤防沿いへの流れの集中がより顕著になることが確認された。

以上より、本研究で開発した準三次元水理計算モデルを河道計画において使用する場合の利点と注意点をまとめた。本研究は、当初は平成26年度終了予定であったが、主に国際会議における発表および雑誌論文への投稿のために、研究費の一部を平成27年度まで繰り延べたものである。平成26年度末に国際会議用原稿を作成し、27年6月にスペインで開催された流域管理に関する国際会議において、研究対象河川の歴史的管理と本研究の成果の関係を含めて発表した。その結果はWIT Press(英国)の出版物に掲載された。続いて27年9月に岡山で開催された土木学会年次学術講演会において本研究で開発した水理モデルの要点を発表した後、そこでの討論の結果を踏まえて計算例を追加し、土木学会論文集B1(水工学)に投稿した。この論文は、査読および原稿修正を経て27年12月に最終原稿を受理され、28年3月に同論文集に掲載された。また、仙台で開催された水工学講演会においても本研究の主要成果を口頭発表し、本研究で提案する航空写真解析と数値シミュレーションの組み合わせによる河道設計手法の成果および今後の課題についての討議により、河川分合流部における河道設計に関わる知識・技術の進歩に関する認識を共有した。沖積低地の複断面河道改修では合流点の設計が一つのポイントとなる。本研究では、洪水航空写真のステレオ解析と、樹林抵抗を考慮した三角形非構造格子準三次元浅水流モデルを用いて実用的合流点設計手法を提案した。本手法を利根川・渡良瀬川合流部の1981年洪水流に適用したところ、ステレオ解析から詳細な水面流況が示され、準三次元数値計算はそれらをうまく再現するとともに、合流河道設計に必要な三次元流況に関する情報を提供することができた。良好な洪水航空写真を得られた合流部については当初の目的を概ね達成できたが、分流部についてはステレオ解析が行える洪水航空写真が入手できなかったので検討が遅れている。これについては仮想的条件での計算を平成27年度に行う予定でいる。また当初は平成26年度に予定していた学会発表(国際、国内)が、取りまとめの関係で平成27年度にずれ込んでいる。ただし上述のように2つの投稿原稿は採択されている。また追加計算については平成27年度に水工学論文集に投稿予定である。水工学平成27年度に上述した追加計算を終え、準三次元水理計算モデルと航空写真解析を河道計画において使用する上での留意点を取りまとめる。また国際学会および国内学会での成果発表を行う。本研究申請時の計画とスケジュールは以下のとおりである。(1)準三次元モデルの改良(H24)、(2)粗度係数推定方法の検討(H24H25)、(3)分合流を含む河道の計算と検証(H25H26)、(4)長区間の河道での計算(H25H26)、(5)一連の手法のとりまとめ(H26)。(1)に関して当初予定した内容は昨年度(H24)に完成していたが、今年度(H25)は乱流エネルギーをより合理的に取り扱うための新たなモデル式を追加した。また(2)は今年度概ね完成したが、大型植生周りの流れを具体的に調べるための小型水路実験ができなかったので、それを補完するために来年度(H26)に三次元流体運動シミュレーションを行う予定でいる。(3)は分合流のうち合流について検証計算を行ったが、分流についてはステレオ解析に適した良好な洪水航空写真が得られなかった。そこで大型模型実験のデータにより検証することとし、川内川分流工の模型実験画像データを入手した。この解析を来年度(H26)の早い時期に行う予定でいる。