hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
軽量耐熱Al_3Ti基合金のL1_2型相の安定性に関する研究

宇宙・航空機用・自動車用など各種エンジン用の新しい軽量耐熱構造材料として,現在最も有力な候補材の一つにTi-Al系金属間化合物のTiAl合金(L1_0型,γ相)がある.しかし,この材料は耐酸化特性が必ずしも十分でない.従って,TiAl合金の実用化を達成するためには耐酸化性皮膜をコーティングしたり、あるいは耐酸化性部材を接合するなどして使用する必要がある.一方,Ti-Al系金属間化合物の中に,きわめて優れた耐酸化性を有するAl_3TIが存在する.しかし,Al_3Tiは複雑な結晶構造(正方晶系,DO_<22>型)であるためきわめて脆性的であり,TiAl合金に対する耐酸化性物質として適用できない.そこで,Al_3Tiの複雑な結晶構造を第三元素を添加する方法で単純な結晶構造に改変する研究を行い,この結果,Cr,Mnなどの遷移元素を添加することによってDO_<22>型構造が立方晶系のL1_2型構造になることを見出した.従って,L1_2型合金をTiAl合金に対する耐酸化性物質として保護皮膜あるいは接合部材として使用できる可能性がある.本研究は,Ti-Al-Cr,Ti-Ar-Mn系におけるL1_2型合金の相平衡関係,即ちL1_2型相の安定性を明らかにし,両相の接合およびL1_2型合金のコーティングに関する研究を行った.この結果,両者はきわめて良好な状態で接合し,また,新しく開発した粉末パック法により,L1_2型合金に対するコーティングに成功下.さらに,接合界面ならびに基盤(TiAl合金)とコーティング層(L1_2型合金)の界面は,拡散処理を行うことによって(コーティングの場合はそのままで),組成および組織を良好に傾斜化させることができた.また,本実験で得られた接合部材およびコーティング部材は,熱膨張係数と耐酸化性についても十分な特性を示すことがわかった.宇宙・航空機用・自動車用など各種エンジン用の新しい軽量耐熱構造材料として,現在最も有力な候補材の一つにTi-Al系金属間化合物のTiAl合金(L1_0型,γ相)がある.しかし,この材料は耐酸化特性が必ずしも十分でない.従って,TiAl合金の実用化を達成するためには耐酸化性皮膜をコーティングしたり、あるいは耐酸化性部材を接合するなどして使用する必要がある.一方,Ti-Al系金属間化合物の中に,きわめて優れた耐酸化性を有するAl_3TIが存在する.しかし,Al_3Tiは複雑な結晶構造(正方晶系,DO_<22>型)であるためきわめて脆性的であり,TiAl合金に対する耐酸化性物質として適用できない.そこで,Al_3Tiの複雑な結晶構造を第三元素を添加する方法で単純な結晶構造に改変する研究を行い,この結果,Cr,Mnなどの遷移元素を添加することによってDO_<22>型構造が立方晶系のL1_2型構造になることを見出した.従って,L1_2型合金をTiAl合金に対する耐酸化性物質として保護皮膜あるいは接合部材として使用できる可能性がある.本研究は,Ti-Al-Cr,Ti-Ar-Mn系におけるL1_2型合金の相平衡関係,即ちL1_2型相の安定性を明らかにし,両相の接合およびL1_2型合金のコーティングに関する研究を行った.この結果,両者はきわめて良好な状態で接合し,また,新しく開発した粉末パック法により,L1_2型合金に対するコーティングに成功下.さらに,接合界面ならびに基盤(TiAl合金)とコーティング層(L1_2型合金)の界面は,拡散処理を行うことによって(コーティングの場合はそのままで),組成および組織を良好に傾斜化させることができた.また,本実験で得られた接合部材およびコーティング部材は,熱膨張係数と耐酸化性についても十分な特性を示すことがわかった.宇宙・航空機用あるいは高効率を目標とする各種エンジン用の新しい耐熱構造材料として要求されるものは、第一に軽量性であり、さらに耐酸化性が求められる。その最も有力な候補材の一つに今回申請した研究課題の「軽量耐熱Ll_2型Al_3Ti基合金」がある。本研究は、複雑なDO_<22>型の結晶構造を持つAl_3Tiの相安定性を変更し、より対称性の高い、常温延性が発現するLl_2型結晶構造相を得るため、第三添加元素の探索を行ってきた。本課題では主にCr、Mnを第三元素として添加した各種Ll_2型Al_3Ti基合金を作製し、その相関係(Al-Ti-CrおよびAl-Ti-Mn三元系状態図)を明らかにするとともに、その物性・特性を解析・評価して材料開発を行った。これまでの結果、Al_3TiのAlの一部(814原子%)を種々の第三元素(Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ru,Rh,Pd,Ag,PtおよびAu)で置換することによってLl_2型構造の金属間化合物相になることがわかった。この中には今回新しく発見された添加元素が多数含まれている。中でも、Cr、Mn添加は延性改善効果が大きく、信頼できる材料から得られれば新しい軽量耐熱材料として大いに期待できることを明らかにした。このためには、Al-Ti-X系でLl_2型相を示す合金組成と相安定性、さらには隣接する第二相との相平衡関係を明らかにする必要がある。また、凝固過程ならびに各種熱処理による組織制御も追求しなければならない。

本研究ではかかる問題に対してCr、Mnの添加量を従来大きく変化(増加)させることにより、良好なインゴットが得られ、TiAlと同定度の延性(曲げ塑性ひずみで約0.9%)をこの材料で得ることに成功した。さらに、相平衡状態図を決定したことによって、相安定性を明らかにすると共に、組織制御が可能であることを指摘した。今後は、最も重要な脆性・延性の問題およびLl_2型相の変形機構などを追究する必要がある。宇宙・航空機用,自動車用など各種エンジン用の新しい軽量耐熱構造材料として,現在最も有力な候補材の一つにTi-Al系金属化合物のTiAl合金(L1_0型,γ相)がある.しかし,この材料は耐酸化特性が必ずしも十分でない.従って,TiAl合金の実用化を達成するためには耐酸化性皮膜をコーティングしたり,あるいは耐酸化性部材を接合するなどして使用する必要がある.一方.Ti-Al系金属間化合物の中に,きわめて優れた耐酸化性を有するAl_3Tiが存在する.しかし,Al_3Tiは複雑な結晶構造(正方晶系,D0_<22>型)であるためきわめて脆性的であり,TiAl合金に対する耐酸化性物質として適用できない.そこで,Al_3Tiの複雑な結晶構造を第三元素を添加する方法で単純な結晶構造に改変する研究を行い,この結果,Cr,Mnなどの遷移元素を添加することによってD0_<22>型構造が立方晶系のL1_2型構造になることを見出した.従って,L1_2型合金をTiAl合金に対する耐酸化性物質として保護皮膜あるいは接合部材として使用できる可能性がある.本研究は,Ti-Al-Cr,Ti-Al-Mn系におけるL1_0型およびL1_2型合金の相平衡関係,即ちL1_2型相の安定性を明らかにし,両相の接合およびL1_2型合金のコーティングに関する研究を行った.この結果,両者はきわめて良好な状態で接合し,また,新しく開発した粉末パック法により,L1_2型合金のTiAl合金に対するコーティングに成功した.さらに,接合界面ならびに基盤(TiAl合金)とコーティング層(L1_2型合金)の界面は,拡散処理を行うことによって(コーティングの場合はそのままで),組成および組織を良好に傾斜化させることができた.また,本実験で得られた接合部材およびコーティング部材は,熱膨張係数と耐酸化性についても十分な特性を示すことがわかった.
神経伝達物質の歯周炎の病巣成立への関与について

1.好中球からのリゾチームの放出は10^<-12>10^<-4>M SP刺激で認められ,その放出量は15分でピークに達した。またSPでプライミングした後,Formyl-Methionyl-Leucil-Phenylalanin(FMLP)で刺激するとリゾチームの放出量はさらに増加した。2.HGFに対する好中球の接着細胞数は,10^<-8>10^<-4>M SP,10^<-9>10^<-7>M VIP刺激によって増加した。さらにSP,VIPで前刺激したのちFMLP,PMA刺激すると接着細胞数がさらに増加した。また細胞接着は抗CD11a,CD11b,CD18抗体の添加によって抑制された。SOMは細胞接着に影響を与えなかった。3.好中球のHGFに対する細胞障害は,SPによるプライミング時のみに認められた。以上のことから炎症局所に浸潤した好中球と神経伝達物質を介した反応が,歯周炎の炎症反応に関与していることが示唆された。
京温押し出し加工による超伝導セラミックスの高密度線材化技術の研究

本年度の研究では,Bi系酸化物超伝導セラミック粉末の高温押し出し加工技術にまとを絞り,線材を作製するためのより実用的な方向を探りながら,以下の四つの研究を行った。1.高温押し出し加工による線材化技術は,本質的にはエンドレス長尺加工には適さないが,押し出しの際の高温・高圧プロセスがセラミックスの緻密化に利用できるという長所を有する。本年度は大型コンテナ(100ton級のコンテナを備品で購入)を設計・試作し,500mm以上の長尺押し出しを可能とした。その結果,150mm級の従来品と損色のない加工が可能であった。2.長尺加工が困難な場合,多芯化によってコイルの巻き数を増すことが考えられる。本年度は銀シ-スに封入したセラミック粉末を,まず室温スウェ-ジング加工によって細線化し,これを束ねて高温押し出し加工することを試みた。その結果,細線を束ねてもう一度スウェ-ジング加工し多芯化材の完成度を高めたうえで,それを比較的低い断面減少率で高温押し出し加工することが最も望ましかった。3.高温押し出し加工の際,シ-ス材となる金属と封入されているセラミックスとの間で化学反応が生じ,超伝導特性が損なわれることがある。そこで数種の金属シ-ス中で超伝導セラミックスを熱処理した後,取り出してそれらの昇降温中でのガスの出入を分析している(マスフィルタ型ガス分析計を備品で購入)。また同時に上記化学反応が生じにくい銀シ-スによる高温押し出し加工も検討し,ほぼ良好な結果を得た。4.以上で得られつつある高温押し出し加工の研究成果を,より実用的な線材化加工技術に結び付けるため,ホットロ-リング等の周辺加工技術に関する調査,予備実験を行うことができた。消耗品費,旅費等は上記研究遂行のために使用した。
熱力学に立脚した統一的マルチフィジックス・マルチスケール解析手法の開発

数学的均質化法に基づいたマルチスケール解析手法の定式化を再構築し,従来の定式化では単に極限操作を行うためのパラメータとして認識されてきた,ユニットセル(RVE)の大きさを表すパラメータ〓を物理現象の支配方程式と関連づけた.これにより,従来のマルチスケール解析手法では表現することのできなかった,ユニットセルの寸法効果を表現できるようになっただけでなく,現象を記述する物理モデルに応じて形式の異なる2変数境界値問題を導出できるようになった.1)非定常熱伝導問題に対して,数学的均質化法にもとづく定式化を再構成し,現象を記述する物理パラメータのオーダに応じて,得られる2変数境界値問題が変化することを示した.従来の均質化法の定式化では,マクロ非定常・ミクロ定常という組み合わせだけであったが,物理パラメータの大きさを考慮することによって,ミクロ・マクロともに定常問題となる支配方程式,マクロ定常・ミクロ非定常という組み合わせの境界値問題が得られることを示し,数値解析例によってそれらの妥当性を確認した.2)ミクロ構造によく見られる異種材料界面での物理現象(接触熱抵抗)を考慮した定式化を行うことによって,従来の均質化法の定式化では表現することのできなかった,ミクロ構造の寸法効果を表現できる定式化を提示した.3)連続体熱力学の立場からさまざまな物理現象に対する統一的な支配方程式を導出する「変態・熱・構造」に基づいて,相変態を考慮した熱・構造連成の支配方程式を導出し,それに上述の新しい均質化理論の定式化を導入することによって,相変態を考慮したマルチスケール解析のためのミクロ・マクロ境界値問題を導出した.4)この2変数境界値問題を有限要素法で離散化し,相変態を考慮したマルチスケール解析の定式化を行うとともに,それを実現するためのマルチスケール解析プログラムを開発した.数学的均質化法に基づいたマルチスケール解析手法の定式化を再構築し,従来の定式化では単に極限操作を行うためのパラメータとして認識されてきた,ユニットセル(RVE)の大きさを表すパラメータ〓を物理現象の支配方程式と関連づけた.これにより,従来のマルチスケール解析手法では表現することのできなかった,ユニットセルの寸法効果を表現できるようになっただけでなく,現象を記述する物理モデルに応じて形式の異なる2変数境界値問題を導出できるようになった.本研究課題の中核となるマルチスケール・マルチフィジックス解析の基本的な定式化と数値解析プログラムを作成した.解析対象を2次元問題に限定し,(a)相変態を考慮した支配方程式とその境界値問題を解く有限要素解析プログラム(マルチフィジックス有限要素解析),および,(b)大変形状態においてもメッシュつぶれなどにより破綻することなく解析が継続できる手法を開発した(マーカ積分・マルチスケール解析).(a)連続体熱力学の立場からさまざまな物理現象に対する統一的な支配方程式を導出する「変態・熱・構造(metallo-thermo-mechanics)」に基づいて,相変態を考慮した熱・構造連成の支配方程式を導出した.凝固などの1次相変態に伴う転移熱(潜熱)は異相間に存在するエネルギー障壁としてモデル化し,相変態に伴って生じる体積変化を熱ひずみとしてとらえ,塑性仕事などを考慮した熱力学的自由エネルギーを定義した.この全自由エネルギーに対する保存則ならびに熱力学の法則(Clausius-Duhemの不等式,Legendre変換など)を用いて,この系全体に対する支配方程式を導出し,これを数値的に解く有限要素解析プログラムを開発した.(b)金属材料の組織変化は熱処理などの温度変化だけではなく,強ひずみ加工と呼ばれれる大変形下においても生じる.このような強ひずみ加工の数値シミュレーションでは,メッシュ潰れによって解析が破綻することが問題点としてあげられており,これを回避するためのメッシュ制御法がいくつか提案されてきた.本研究課題では,Euler型定式化の枠組みでLagrange的な粒子の移動を取り扱うマーカ粒子法を導入したマーカ積分有限要素法を開発し,これをマルチスケール解析に拡張した.平成23年度は,本研究課題の中核となるマルチスケール・マルチフィジックス解析の基本的な定式化と数値解析プログラムを作成した.温度場と変位場という異なるふたつの物理現象を取り扱ったマルチスケール解析手法を開発することが本研究課題の目的であり,それらの構成要素を開発した点は,当初の計画どおりに進展していると評価した.また,当初の計画では温度変化によって生じるエネルギー変化ならびに相変態のみを研究対象としていたが,マーカ積分有限要素法を採用することによって,大ひずみによって誘起される組織変化も同時に取り扱うことができる可能性が見えてきた.つまり,この進展によって当初の目的以上の「統一的」な解析手法の開発も実現できる可能性がある.したがって,平成23年度の自己評価は「当初の計画以上に進展している」とした.平成23年度に開発した,マルチフィジックス解析プログラムとマーカ積分・マルチスケール解析プログラムを融合し,当初の目的である「マルチフィジックス・マルチスケール解析プログラム」を開発する.これによって,熱処理や強ひずみ加工によって生じる組織変化を評価する数値シミュレーションが可能となる.変位場と温度場が連成する現象に対するマルチスケール境界値問題は導出したが,それぞれの反応速度が大きく異なるため,時間微分項の取り扱いが当面の課題として浮上した.反応速度の速い変位場の支配方程式に全体の時間軸をあわせることで対応できるが,計算効率という観点では,何らかの対応方法を検討したい.一方で,ミクロ領域とマクロ領域を完全に連成させるマルチスケール解析を実行するためには,大規模な並列計算が不可欠である.

したがって,統合したマルチフィジックス・マルチスケール解析プログラムを大規模並列環境で効率よく実行できるよう,プログラムを修正する.大規模並列計算にむけた開発環境として,PCクラスタを構築する.高性能なワークステーションを数台購入し,クラスタシステムを構築するために必要なソフトウェア群を導入して,システムを構築する.また,開発したマルチフィジックス・マルチスケール解析プログラムの検証や妥当性を評価するための比較対象として,汎用FEMソフトウェアANSYS(すでに導入済み)によるマルチフィジックス解析を実施する.このとき,ソフトウェアの使用方法などに関する技術サポート契約を締結し,短時間で比較対象の解析を実施できるようにする.これまでに得られた研究成果を発表するとともに,最新の研究動向を調査するため,国際会議(WCCM,ブラジル)に参加するために,外国旅費を計上する.
ピグミ-チンパンジ-(Pan paniscus)の適応戦略と進化方向(総括)

この研究は、ザイ-ル共和国ワンバにおいて、昭和59年度から昭和63年度まで3次にわたって行われたピグミ-チンパンジ-の社会学的現地調査の取りまとめを目的として行われた。とくにピグミ-チンパンジ-の集団間関係、集団内のオス間関係、若い移入メスの社会関係、他種動物との関係、音声伝達、食物の栄養分析を含む植物環境の利用、などに関する資料の取りまとめが行われた。1.集団間関係:集団間関係の研究はこの現地調査の最重要課題であった。資料の取りまとめは、餌場および自然状態の2つの観察条件に分けて行われた。餌場での観察からは、二集団が餌場を共用している場合は、オス・メス間とメス・メス間の友好的社会交渉と性交渉は同一集団内よりも、隣接集団間の方が多いという驚くべき結果が出た。自然状態でも、隣接集団の間で遊動の同調と同一食物源からの採食、性的・友好的交渉が高頻度で記録されており、ピグミ-チンパンジ-の集団間の関係は、霊長類の中では類の無いものであり、その地縁社会は、人間型のコミュニティと共通基盤を持っている可能性がある。その検討のためには、人類及び他種霊長類の集団間関係との綿密な比較分析が必要である。残された資料の分析と、参考文献の取りまとめが終わり次第、専門誌に成果を発表する予定である。第26回日本アフリカ学会で、五百部裕(昭和61・63年度現地調査参加)と加納隆至が、予備的な発表を行った。2.集団内のオス間関係:ピグミ-チンパンジ-の集団は、母親集団に求心的なものと特定のオスに求心的なものの2種類がある。その後者について五百部裕が調査をし、リ-ダ-オスの役割が従来考えられていたよりも重要であることを発見した。その成果の一部は第5回日本霊長類学会で発表されたほか、論文集「アフリカの霊長類の社会生態」(教育社)に掲載される。3.若い移入メスの社会関係:ピグミ-チンパンジ-の未経産のメスが、出自集団を離脱し他集団に入り、妊娠し出産して安定したメンバ-となるまでの過程は、メスの生活史にとって非常に重要であり、伊谷原一(昭和59、61、63年度現地調査参加)によって追跡された。彼は、ワカメスは特定の集団メスと親密な関係を結ぶことを手がかりにして移入を果たすことを発見し、“Wamba Pygmy Chimpanzee(Pan paniscus)Immigrant Females'Social Inetractions with the Resident Females"という表題でまとめ、Folia Plimatologica誌に投稿した。4.他種動物との関係:ピグミ-チンパンジ-と他種動物の直接的交渉はまれにしか見られない。その一部アカコロブスとの交渉とピグミ-チンパンジ-の狩猟行動について、五百部裕が取りまとめPrimates誌において発表した。5.音声伝達:昭和63年度の現地調査で竹門直比が、それまで未開拓であったピグミ-チンパンジ-の音声研究を手がけ、初めて音声の分類を行なったほか、不特定個体に対する音声伝達の頻度がきわめて高いという興味ある事実を発見した。この特異な音声伝達法の適応的意義を明らかにするためには、さらに深い研究が必要であるが、予備的な発表は、第5回日本霊長類学会で行われた。6.植物環境の分析:安里龍は、食物の栄養分析のほか、ザイ-ル側の対応者ンソラ氏と共同で、植物環境の分析を行っている。その成果はKyoto University African Study Monographs誌に投稿を予定している。7.コモンチンパンジ-の研究:ピグミ-チンパンジ-との比較のため、コモンチンパンジ-の研究がタンザニア共和国マハレ国立公園で行われた。長谷川寿一は、コモンチンパンジ-の性行動を研究し、移入メスの活発な性行動が、子殺しに対する対抗戦略としては説明できないこと等を明らかにした。また、早木仁成(昭和63年度現地調査参加)は、オスの順位について研究した。その結果、オトナオスとワカオスの間の社会的地位が明確に違うことが明らかとなった。

残された資料の分析と、参考文献の取りまとめが終わり次第、専門誌に成果を発表する予定である。第26回日本アフリカ学会で、五百部裕(昭和61・63年度現地調査参加)と加納隆至が、予備的な発表を行った。2.集団内のオス間関係:ピグミ-チンパンジ-の集団は、母親集団に求心的なものと特定のオスに求心的なものの2種類がある。その後者について五百部裕が調査をし、リ-ダ-オスの役割が従来考えられていたよりも重要であることを発見した。その成果の一部は第5回日本霊長類学会で発表されたほか、論文集「アフリカの霊長類の社会生態」(教育社)に掲載される。3.若い移入メスの社会関係:ピグミ-チンパンジ-の未経産のメスが、出自集団を離脱し他集団に入り、妊娠し出産して安定したメンバ-となるまでの過程は、メスの生活史にとって非常に重要であり、伊谷原一(昭和59、61、63年度現地調査参加)によって追跡された。彼は、ワカメスは特定の集団メスと親密な関係を結ぶことを手がかりにして移入を果たすことを発見し、“Wamba Pygmy Chimpanzee(Pan paniscus)Immigrant Females'Social Inetractions with the Resident Females"という表題でまとめ、Folia Plimatologica誌に投稿した。4.他種動物との関係:ピグミ-チンパンジ-と他種動物の直接的交渉はまれにしか見られない。その一部アカコロブスとの交渉とピグミ-チンパンジ-の狩猟行動について、五百部裕が取りまとめPrimates誌において発表した。5.音声伝達:昭和63年度の現地調査で竹門直比が、それまで未開拓であったピグミ-チンパンジ-の音声研究を手がけ、初めて音声の分類を行なったほか、不特定個体に対する音声伝達の頻度がきわめて高いという興味ある事実を発見した。この特異な音声伝達法の適応的意義を明らかにするためには、さらに深い研究が必要であるが、予備的な発表は、第5回日本霊長類学会で行われた。6.植物環境の分析:安里龍は、食物の栄養分析のほか、ザイ-ル側の対応者ンソラ氏と共同で、植物環境の分析を行っている。その成果はKyoto University African Study Monographs誌に投稿を予定している。7.コモンチンパンジ-の研究:ピグミ-チンパンジ-との比較のため、コモンチンパンジ-の研究がタンザニア共和国マハレ国立公園で行われた。長谷川寿一は、コモンチンパンジ-の性行動を研究し、移入メスの活発な性行動が、子殺しに対する対抗戦略としては説明できないこと等を明らかにした。また、早木仁成(昭和63年度現地調査参加)は、オスの順位について研究した。その結果、オトナオスとワカオスの間の社会的地位が明確に違うことが明らかとなった。
骨格筋微小循環制御の解明-二光子レーザー顕微鏡によるアプローチ-

骨格筋微小循環の調節機構を明らかにするために,本研究では2光子レーザー走査型顕微鏡を用いて,ラットの微小循環の生体内イメージングを確立した.分子量の大きな蛍光物質(Rhodamine dextran)を血管内に投与することで,骨格筋毛細血管の3次元ネットワークを画像化した.通常,骨格筋の毛細血管は物質を外に漏出させないが,伸長性筋収縮により筋損傷を引き起こした場合には,血管内に投与された物質が血管外に顕著に漏出する様子を観察することができた.また,筋が損傷から回復過程に至ると,血管透過性は減弱することも明らかとなった(Hotta, et al. J Appl Physiol 2018).蛍光物質の血管外漏出容積については,画像解析ソフトウェアを用いて客観的な評価法を確立した.毛細血管の三次元ネットワークをみると,血管径ではなく血管の湾曲率が損傷筋で高まっていることが生体内イメージングにより明らかとなった.ストレプトゾシンの腹腔内投与による1型糖尿病モデルラットにおいては,骨格筋の血管外漏出容積が正常ラットと比べて高値を示した.興味深いことに,血管外漏出容積の高値は筋萎縮の進行と相関を認めた(Hotta, et al. The 2nd Joint Conference of Japanese Physical Therapy Society of Respiratory 2018).片側の総腸骨動脈を結紮した後肢虚血モデルラットにおいては,骨格筋の血流が低下しているにも関わらず血管透過性は亢進していることが明らかとなった(下津,第73回日本体力医学会2018).正常ラットで運動誘発性筋損傷により骨格筋毛細血管の血管透過性が亢進することが,本研究により明らかとなりJournal of Applied Physiologyに論文掲載に至った.さらに,糖尿病や後肢虚血モデル動物での検討も進んだため,一部計画以上の進展を認めた.一方で,骨格筋の血流速度の評価を当初計画していたが,ラットの呼吸に伴う体動が画像ノイズとなり評価が困難であった.ラットを人工呼吸器管理とし,ラットの呼吸数を統制することでノイズキャンセリングが可能であるかもしれないが,本研究ではラットの自発呼吸下でのイメージングを実施していたため解決に至らなかった.運動や慢性疾患に伴う骨格筋毛細血管の形態的・機能的変化のメカニズムは明らかではない.今後は,骨格筋組織内の酸素分圧のリアルタイム計測を組み合わせることで,低酸素あるいは高酸素に伴う骨格筋毛細血管の形態的・機能的変化のメカニズムの一旦を明らかにすることができると期待している.リン光寿命の計測に基づく骨格筋毛細血管内の酸素分圧の計測を用い,酸素分圧の変化に伴う微小血管機能および血管内皮細胞形態の適応について検討する予定である.本研究は2光子レーザー走査型顕微鏡(two-photon laser scanning microscopy; TPLSM)を用い,骨格筋微小循環を可視化することで,血流速度および血管透過性を定量的に評価することを目的としていた.そこで,血管内に蛍光物質を投与することで血管内の輝度値の時間的・空間的変化から血流速度のマッピングを試した(課題1, 3).TPLSMによりラット前脛骨筋(tibialis anterior; TA)の微小循環を深さ300μmまで可視化できたが,アーチファクトにより妥当性のある血流速度の画像解析が困難であった.骨格筋微小血管の透過性の評価法の確立(課題2)については,血管内に投与された蛍光物質の血管外への漏出をTPLSMを用いて観察する実験系を確立できた.さらに,画像解析ソフトウェアを用いて血管外に漏出した蛍光物質の容積を定量化した.得られた血管外漏出容積の妥当性については,運動誘発性筋損傷モデルを用いた検討(課題4)で以下の通り確認した.筋損傷が顕著であった運動負荷後1日あるいは3日目における血管外漏出容積は,コントロール(運動負荷なし)と比較して有意に高値を示した.一方,筋再生が生じ始める運動負荷後7日目においては血管外漏出容積はコントロールと同程度まで回復していた.また,TPLSMで得られた微小血管3次元画像を画像解析ソフトウェアを用いて血管径,分岐枝数,湾曲率を評価する方法を確立し,損傷筋では血管径は変化しないが湾曲率が増加することを示した.以上のことから,TPLSMは骨格筋微小血管の機能的・構造的特徴の評価に有用と思われた.本研究では課題1と3として2光子レーザー走査型顕微鏡(TPLSM)を用いて骨格筋微小血管の血流速度の定量化を目指したが,画像上のアーチファクトにより妥当性のある血流速度の解析には至らなかった.これはラットの呼吸変動や筋収縮に伴う動きによるアーチファクトと思われた.一方,血管透過性の評価には,血管内に投与した蛍光物質の血管外への漏出をリアルタイムで画像化することに成功した.多くの微小血管(細動脈,毛細血管,細静脈)は筋線維長軸に対して平行に走行しており,蛍光物質は血管から外へと漏出し間質に貯留した.蛍光物質としてrhodamine b isothiocyanate-dextran (分子量70 kDa)を血管内に投与した.70 kDaと高分子dextranは容易に血管外へ漏出しないが,10 kDaを用いた場合には血管内投与直後(1分以内)に血管外へ漏出した.一方,伸長性筋収縮により筋線維の損傷を惹起した際には、70 kDaの蛍光物質は血管外へと漏出した.特に,筋収縮後

1および3日後の血管外漏出容積は運動負荷していないコントロールと比較して有意に高値を示した(5.1±1.4, 5.3±1.2 vs. 0.51±0.14 μm3 x 10^6,それぞれP<0.05,筋収縮1および3日後vs.コントロール).ヘマトキシリン・エオジン染色により筋細胞の形態形態を確認したところ,伸長性筋収縮1日後には腫大した筋線維が多く観察され,3日後には白血球の浸潤を受けた細胞を観察した.筋収縮から7日後には中心核を有する細胞サイズの小さな再生筋が観察され,同時期のTPLSMの観察により血管透過性はコントロールと差を認めなかった.以上のことから,TPLSMを用いた骨格筋微小循環のin vivo観察は血管透過性の評価に有用であった.骨格筋微小循環の調節機構を明らかにするために,本研究では2光子レーザー走査型顕微鏡を用いて,ラットの微小循環の生体内イメージングを確立した.分子量の大きな蛍光物質(Rhodamine dextran)を血管内に投与することで,骨格筋毛細血管の3次元ネットワークを画像化した.通常,骨格筋の毛細血管は物質を外に漏出させないが,伸長性筋収縮により筋損傷を引き起こした場合には,血管内に投与された物質が血管外に顕著に漏出する様子を観察することができた.また,筋が損傷から回復過程に至ると,血管透過性は減弱することも明らかとなった(Hotta, et al. J Appl Physiol 2018).蛍光物質の血管外漏出容積については,画像解析ソフトウェアを用いて客観的な評価法を確立した.毛細血管の三次元ネットワークをみると,血管径ではなく血管の湾曲率が損傷筋で高まっていることが生体内イメージングにより明らかとなった.ストレプトゾシンの腹腔内投与による1型糖尿病モデルラットにおいては,骨格筋の血管外漏出容積が正常ラットと比べて高値を示した.興味深いことに,血管外漏出容積の高値は筋萎縮の進行と相関を認めた(Hotta, et al. The 2nd Joint Conference of Japanese Physical Therapy Society of Respiratory 2018).片側の総腸骨動脈を結紮した後肢虚血モデルラットにおいては,骨格筋の血流が低下しているにも関わらず血管透過性は亢進していることが明らかとなった(下津,第73回日本体力医学会2018).正常ラットで運動誘発性筋損傷により骨格筋毛細血管の血管透過性が亢進することが,本研究により明らかとなりJournal of Applied Physiologyに論文掲載に至った.さらに,糖尿病や後肢虚血モデル動物での検討も進んだため,一部計画以上の進展を認めた.一方で,骨格筋の血流速度の評価を当初計画していたが,ラットの呼吸に伴う体動が画像ノイズとなり評価が困難であった.ラットを人工呼吸器管理とし,ラットの呼吸数を統制することでノイズキャンセリングが可能であるかもしれないが,本研究ではラットの自発呼吸下でのイメージングを実施していたため解決に至らなかった.現在までの進捗状況についてデータをまとめ,国際誌にて査読審査中である.骨格筋血流評価については,現在蛍光ビーズ(直径15 μm)の動脈内投与による方法で血流の客観的評価を検討中である.骨格筋微小血管の透過性評価については,本研究で用いた手法を筋損傷モデル以外に適応することを検討中である.
偏微分方程式の複素解析的研究

本研究は昨年度からの継続として偏微分方程式の複素解析的方法による研究を目的としている.複素解析学の諸成果を偏微分方程式の研究に適用し,偏微分方程式の解の諸性質を解析することである.各研究員のそれぞれの研究分野からの寄与は偏微分方程式,複素解析学,代数学,トポロジー,確率論の研究等多岐に渡っている.このため,本年度は,1.関連部門の研究集会へ参加し,情報交換を行う.2.関連部門の研究者との研究連絡を研究計画,研究方法において実行し,本年度に於いても成果が得られた.本研究は偏微分方程式の複素解析的研究を目的とし, 61-62年度と継続して行われた.複素解析学の諸成果を偏微分方程式に適用することにより,偏微分方程式の解の構造,複素解析的諸現象等の解析を行うことである.また偏微分方程式からの諸成果を複素解析学に適用し,その分野の究明を行うことも目的としている.各研究員のそれぞれの研究分野の寄与は,線形,非線形偏微分方程式,複素解析学,代数学,トポロジー,確率論と多岐に渡る.これらの研究領域内での相互討論等を行いつつ,研究計画,研究方法として,1.関連部門の研究集会へ参加し,情報交換を行う.2.関連部門の研究者との研究連絡を実行し, 61, 62年度で成果が得られた.テーマが大きく,研究分野も多岐に渡るため,これらの成果をふまえて更に今後一層研究を推進することが望まれる.本研究は昨年度からの継続として偏微分方程式の複素解析的方法による研究を目的としている.複素解析学の諸成果を偏微分方程式の研究に適用し,偏微分方程式の解の諸性質を解析することである.各研究員のそれぞれの研究分野からの寄与は偏微分方程式,複素解析学,代数学,トポロジー,確率論の研究等多岐に渡っている.このため,本年度は,1.関連部門の研究集会へ参加し,情報交換を行う.2.関連部門の研究者との研究連絡を研究計画,研究方法において実行し,本年度に於いても成果が得られた.本研究は偏微分方程式の複素解析的方法による研究を目的としている。すなわち複素解析学の諸成果を偏微分方程式の研究に適用し、偏微分方程式の解の諸性質を解析することである。各研究員のそれぞれの研究分野からの寄与は、複素解析学の研究,代数的,位相的方法の研究等多岐に渡っている。このため1.資料・文献の蒐集・討論(各専門分野毎に分担して行う)2.関連部門の研究集会へ参加し、情報交換を行う。3.関連部門の研究者との研究連絡を研究計画,研究方法において実行し成果が得られた。何分にもテーマが大きいため、引き続き更に上記研究計画の下に一層成果を挙げるよう継続研究討議してまとめて行きたい。
頭頚部癌へのBNCTにトランスフェリン結合型硼素化合物運搬体を応用した基礎研究

口腔扁平上皮癌に対するBNCT効果の増強を検討するために、Liposomeを用いた研究を行った。研究成果としてBSHをTF-PEG-liposomeで修飾した場合、1、細胞内へのBSH輸送が確実になされていることが免疫組織化学的に確認された。2、実際に細胞へ中性子照射を行った場合BSHに比べ有意に腫瘍殺効果を発揮することが確認された。以上の結果からTF-PEG-liposomeはBNCT効果を増強させることに有用であることが示唆された。ホウ素中性子補足療法(Boron Neutron Capture Therapy: BNCT)はホウ素化合物が集積した腫瘍細胞に中性子を照射することで腫瘍細胞を破壊する治療方法である。現在使用されているホウ素化合物のBorocaptate(BSH)は能動的に腫瘍細胞に集積する性質がないため、腫瘍細胞に高濃度のホウ素化合物を送達できるDDSが期待されており、Liposomeを用いた研究が多施設で行われている。今回われわれはLiposomeにTransferrinを修飾し、腫瘍細胞で過剰発現しているTransferrin receptorをターゲットとしたDDSを使用して、修飾の有無による腫瘍細胞中でのBSH局在についての検討を行った。1.口腔悪性腫瘍細胞株を培養し、腫瘍細胞表面のTransferrin Receptorの発現量をanti-Transferrin receptor抗体を使用してラベルしたのちにQIFIKit(DAKO)を用い蛍光強度から発現量を定量し、細胞間での発現量を比較した。結果は口腔悪性腫瘍細胞株としてはSASが蛍光強度の数値からTransferrin Receptorが強く発現していることが示唆された。2.口腔扁平上皮癌細胞として細胞株SASを用い、SASをチャンバースライド上で培養し各種修飾を行ったBSHを作用させホルマリンで固定、BSHに対する抗体(大阪府立大学切畑教授より供与)を用い免疫組織化学的染色をおこない共焦点レーザー顕微鏡にて観察を行った。結果としてBSHの細胞内局在は細胞質中に認められ、核には認めなかった。またTransferrinを修飾した場合でもbare-BSHと同様の細胞内局在であった。本研究により、BSHの細胞内局在について明らかにすることができた。TF-PEG-Liposomeで修飾した場合でも同様の細胞内局在であることが確認され、DDSとして使用した場合でも有用であることが示唆された。ホウ素中性子補足療法(Boron Neutron Capture Therapy : BNCT)はホウ素化合物が集積した腫瘍細胞に中性子を照射することで腫瘍細胞を破壊する治療方法である。今回われわれはLiposomeにTransferrinを修飾し、腫瘍細胞で過剰発現しているTransferrin receptorをターゲットとしたDDSを使用して、京都大学原子炉実験所にて実際に中性子を照射し、腫瘍殺効果について検討を行った。1.腫瘍細胞を無血清培地で培養し、Bare-BSH, PEG-Liposomal BSH, TF-PEG-Liposomal BSHを使用した群に分けた。各々50PPMのホウ素濃度になるように培地を作成し、各群6時間細胞に暴露させ、6時間後に培地を除去。ホウ素を50PPM含む培地、もしくはホウ素を含まない培地に細胞を1×10^5個/mLに希釈し、テフロンチューブに移し照射のサンプルとした。中性子をあらかじめ設定した時間照射。中性子照射後、細胞を200個/シャーレに調整し7日間培養しcolonyformation assayを行った。結果、中性子照射時にホウ素を含む培地を使用した場合いずれの群でも腫瘍殺効果が得られたが、照射時にホウ素を含まない場合にはTF-PEG-Liposomal BSHについてのみ強い腫瘍殺効果が得られた。2、口腔扁平上皮癌細胞の担癌マウスを作製し、尾静脈より各種修飾をしたホウ素化合物を静注し、事前に予測された血中有効濃度の時に中性子を照射、その後腫瘍サイズの計測を行いBNCT効果について検討を行った。結果、TF-PEG-Liposomal BSHを使用した群では腫瘍サイズの著明な現症を認めた。これらのことから、TF-PEG-LiposomeをDDSとして使用することによりBNCT効果の更なる向上が図れることが示唆される。
反応拡散系から生じる変分問題およびその特異極限問題による安定な微細構造の解明

私は,クーロン型遠距離相互作用をもった変分問題を考察し,その最小エネルギー解の微細幾何学的構造について研究を行った.この変分問題は,FitzHugh-Nagumo方程式の微細構造パターンや高分子共重合体のミクロスケールの相分離現象などの数理モデルとして現れる.FitzHugh-Nagumo方程式は,拡散係数が大きく違う場合には,シャープな界面により分けられた相領域(ある変数がそれぞれ定数であるような領域)をもったパターンを形成する.ある条件下では,この相領域が複雑に入り組んだ微細な構造をもつ.変分法を用いたアプローチにより,この微細構造の研究を進めた.空間1次元の場合,いろいろな領域の長さに対して,global minimizerの一意性と周期性を完全に示した.それにより,ロシアの物理学者によって形式的な計算から予想されていた微細構造の特徴的スケールが厳密にわかった.空間2次元においては,実験や数値シミュレーションで無数の水玉状の界面をもつ微細な周期構造が頻繁に現れることが以前から知られていた.斑点模様は基本周期であるセルで分類できる.そのセルは2重周期構造をもったもの(例えば,正方形セルや六角形セルなど)と,2重周期構造には属さない正三角形セルがある.セルの形を変形したときのエネルギー密度を計算し,その最小値は正六角形セルで達成されることがはじめて解析的にわかった.さらに,縞模様と斑点模様のエネルギーの比較をした.その結果,あるパラメーター範囲で,縞模様より斑点模様の方が小さいエネルギーをもつことが示され,斑点模様が頻繁に現れることの理論的裏付けを与えることができた.本年度は、次の研究成果を得た。反応拡散系の一種であるFitzHugh-Nagumo方程式の、微細な安定定常パターンに関連する汎関数の本質的な部分を持つ簡略化した汎関数を空間2次元において考察した。実際、この汎関数は、微小パラメーターをもち、界面エネルギーとポテンシャルエネルギーの和の形をしていて、その最小化問題を考察することにより、その微小パラメーターのオーダーの界面が現れるが、古典的な他の界面ダイナミクスの問題と違って、巨視的なスケール(サイズ)を見ていても駄目で、新しい手法により研究する必要があった。近年、化学・生物学の分野における複雑なパターンについて、活発に研究されてきたが、空間2次元では、その教理的構造はよく知られていなかった。今回、正六角形状のパターンの形成について、初めて数学的に説明することに成功した。大下は、これらの結果を論文にまとめ、国内および海外で研究発表を行った。具体的には、空間2次元の水玉パターンに対する計算を次の2通りの方法で行った。1.n角形領域に対して、シュワルツ-クリストッフェルの公式を利用して表現すること。(特に、エネルギーを初等的な定積分により表すことができる。)2.周期的パターンに対して、ラプラシアンのグリーン関数を複素変数を用いて表現すること。さらに、それらを利用して、エネルギー最小の観点から、最適の形は、すべての2重周期的パターン、正三角形、正六角形、そしてすべての四角形のなかで、正六角形であること、を示し、さらに形を保つスケール変換の中で最適のサイズも導いた。私は,非局所項をもった変分問題を考察し,その最小エネルギー解の微細幾何学的構造について研究を行った.この変分問題は,FitzHugh-Nagumo方程式の界面ダイナミクスおよび高分子共重合体のミクロスケールの相分離現象の数理モデルと関連している.FitzHugh-Nagumo方程式は,神経膜興奮のモデルを簡約して得られた,双安定な非線形項をもつ反応拡散方程式系であり,あるパラメーターの範囲では,Turing不安定性と呼ばれる一様定常解の不安定化が生じ,2つの安定相へ分離したパターンが現れる.反応拡散方程式の一種であるFitzHugh-Nagumo方程式は,非局所項をもった変分問題を考察することにより,安定定常解が構成できる.それらはあるパラメーターが小さいとき,曲面によって分離されたパターンで近似できる.なかでもその分離パターンが小さな波長で激しく振動していく場合に,変分法の特異極限によるアプローチにより,縞および水玉模様の微細構造の研究をおこなった.空間2次元においては,直線構造の並列配置と円構造の正六角形配置が,実験と数値シミュレーションの両方で観測される.空間1次元の周期解から得られる縞模様および空間2次元における水玉状周期解を構成し,最小エネルギーの上からの評価とその微細構造の単位周期の長さに解析的表現を与えた.また,それら縞と水玉の幾何学的構造に対するエネルギーのパラメーター依存性を考察した.水玉構造の各周期配置に対するエネルギーを解析的に比較するには,縞-水玉間のエネルギー比較より高次の補正項の計算が必要であった.それを,複素関数の無限積展開で表し,その解析的表現を利用して,水玉構造の中で,正六角形構造が最小エネルギー密度を与えることを示した.私は,クーロン型遠距離相互作用をもった変分問題を考察し,その最小エネルギー解の微細幾何学的構造について研究を行った.この変分問題は,FitzHugh-Nagumo方程式の微細構造パターンや高分子共重合体のミクロスケールの相分離現象などの数理モデルとして現れる.FitzHugh-Nagumo方程式は,拡散係数が大きく違う場合には,シャープな界面により分けられた相領域(ある変数がそれぞれ定数であるような領域)をもったパターンを形成する.ある条件下では,この相領域が複雑に入り組んだ微細な構造をもつ.変分法を用いたアプローチにより,この微細構造の研究を進めた.空間

1次元の場合,いろいろな領域の長さに対して,global minimizerの一意性と周期性を完全に示した.それにより,ロシアの物理学者によって形式的な計算から予想されていた微細構造の特徴的スケールが厳密にわかった.空間2次元においては,実験や数値シミュレーションで無数の水玉状の界面をもつ微細な周期構造が頻繁に現れることが以前から知られていた.斑点模様は基本周期であるセルで分類できる.そのセルは2重周期構造をもったもの(例えば,正方形セルや六角形セルなど)と,2重周期構造には属さない正三角形セルがある.セルの形を変形したときのエネルギー密度を計算し,その最小値は正六角形セルで達成されることがはじめて解析的にわかった.さらに,縞模様と斑点模様のエネルギーの比較をした.その結果,あるパラメーター範囲で,縞模様より斑点模様の方が小さいエネルギーをもつことが示され,斑点模様が頻繁に現れることの理論的裏付けを与えることができた.
生体内におけるキシロシルグルコース型糖鎖の蛍光標識法を用いる検索

キシロシルグルコース型糖鎖(Xylαl-3Xylαl-3Glcβ-O-Ser)はウシ血液凝固VII因子とIX因子等に存在する。この新しいタイプの糖鎖の生理活性を研究するための一歩として、これらの糖鎖がどのような臓器に、又細胞内のどの場所に存在するかを蛍光標識法を用いて明らかにした。尿中より新しく発見したXyl-Xyl-Glcの構造を同定した。またキシロシルグルコース型糖鎖の臓器中での存在を調べた。凍結乾燥した肝臓を例としてヒドラジン分解-N-アセチル化法で切り出し、ピリジルアミノ化した。この時の過剰の試薬を取り除く方法を開発した。ピリジルアミノ化物は逆相とサイズ分画HPLCで分離し定量した。ここで開発した方法を用い、マウスとウシの各臓器よりPA-キシロシルグルコース型糖鎖を検出した所、脳、腎臓、血液に多く含まれていた。次に細胞のどの部分に存在するかを、細胞株HepG2より超遠心器を用いて、各細胞画分を調製し、これらよりのPA-少糖を得て調べた所、可溶性画分に最も多く含まれていた。糖鎖構造の明らかな糖蛋白質(例えばタカアミラーゼA)をMultiDrive XLとMultiphor IIを用いてゲル電気泳動を行い、凍結乾燥したゲルをヒドラジン分解-N-アセチル化、ゲルろ過でPA-糖鎖を調製し、ゲルから抽出したものでもPA-糖鎖が感度よく調整出来る条件を確立した。この条件を用いることにより今後のキシロシルグルコース型糖鎖がどのような糖蛋白質に含まれるかを検出出来る基礎が出来た。キシロシルグルコ-ス型の糖鎖(XylーGlc,XylーXylーGlc)はウシ及びヒト血液凝固VII因子とIX因子に最初発見された。この糖鎖の生理的意議は現在の所不明であるので、この新しい糖鎖の生体内での生理活性について足掛かりをつかむため生体内のキシロシルグルコ-ス型糖鎖の分析を計画した。このために高感度な蛍光標識法を用いてこれら糖鎖の検出を行なうことにした。1)ヒト尿中での検索。ヒト尿中には以前にXylーGlcが検出されている。これは生体中の糖蛋白質の代謝産物であると考えられる。そうするとXylーXylーGlcも既にヒトの糖蛋白質中に存在が明らかにされているため尿中の存在に興味が持たれるので三糖の検出を行なった。ヒト尿の透析外液をBioーGel Pー2カラムで糖鎖分画をとり、ピリジルアミノ化を行なった。BioーGel Pー2カラムで標準のピリジルアミノ化した二糖と三糖の溶出位置を分取した。これらを逆相のHPLCでピリジルアミノ化した二糖と三糖の画分をそれぞれ分取した。更に順相HPLCとの逆相のHPLCで分取し、単一の目的物を得ることが出来た。二次元糖鎖マップでXylーXylーGlcと同定出来たが、現在さらにこれらの構造を解析中である。2)キシロシルグルコ-ス型の糖鎖の存在をウシ肝臓を用いて検出方法の確立を行なった。凍結乾燥した肝臓をヒドラジン分解ーNーアセチル化法で切り出し、ピリジルアミノ化した。これをTSKgel HW40ーFのゲルろ過で二糖と三糖の位置を分取し、各分画を逆相・順相・逆相の順番で精製した。肝臓全体から行なうため、夾雑物から分離する方法についての条件検討について行なった。現在肝臓の細胞分画を行なう予定である。これが出来ると細胞内の分布が判明すると思われる。キシロシルグルコース型糖鎖(Xy1α1-3Xy1α1-3G1cβ-0-Ser)はウシ血液凝固VII因子とIX因子等に存在する。

この新しいタイプの糖鎖の生理活性を研究するための一歩として、これらの糖鎖がどのような臓器に、又細胞内のどの場所に存在するかを蛍光標識法を用いて明らかにした。前年度尿中より発見したキシロシルグルコースの構造を同定した。また前年度に引き続きキシロシルグルコース型糖鎖の臓器中での存在を調べた。前年度設定した条件下でPA-キシロシルグルコース型糖鎖の検出を行い、マウスとウシの各臓器よりPA-キシロシルグルコース型糖鎖を検出した所、脳、腎臓、血液に多く含まれていた。次に細胞のどの部分に存在するかを、細胞株HepG2の各細胞画分より、PA-少糖を得て調べた。サイズフラクショネーションHPLCと逆相HPLCを組み合わせてPA-キシロシルグルコースの定量を行った所、可溶性画分に最も多く含まれていた。糖鎖構造の明らかな糖蛋白質(例えばタカアミラーゼA)をMultiDrive XLとMultiphorIIを用いてゲル電気泳動を行い、凍結乾燥したゲルをドラジン分解-N-アセチル化、ゲルろ過でPA-糖鎖を調製し、ゲルから抽出したものでもPA-糖鎖が感度よく調製出来る条件を確立した。この条件を用いることにより今後のキシロシルグルコース型糖鎖がどのような糖蛋白質に含まれるかを検出出来る基礎が出来た。
血管障害の発生および進展に果たす血管壁レニン・アンジオテンシンの役割り

流血中に存在するレニン及びアンジオテンシンは従来血圧調節に重要な循環因子として数多くの研究がなされてきた。近年、血管壁、副腎、精腺などの局所組織中にもレニン・アンジオテンシン系の各コンポネントが存在することが明らかになり、その病態生理的意義について解明されつつある。我々は、血管壁で産生されるアンジオテンシンIIの血流の調節や、血管障害に関与する可能性に注目し、主として動物実験を行なった。又、関連する血管作動性物質として、近年、血管内皮細胞で産生されることが明らかとなったエンドテリンについてもその局所血管作用について検討した。更に副腎ステロイドが内皮細胞に特異的受容体を有することから、21ーデオキシアルドステロンの作用についてもin vivo,in vitroの両面から検討した。その結果、動脈壁からは腸間脈動脈から、アンジオテンシンIIが産生され、病態の変化によりその産生量は異なることが明かとなった。脳血管障害の発生及び進展にこれらの生理活性物質がどの程度関与するかは依然検討すべき課題であるが、その可能性は否定できないと考えられる。近年、腎以外の組織にレニンーアンジオテンシン(RーA)系の各構成要素が発見され、その血圧調節に果たす役割りが注目されている。そこで、各種実験高血圧ラットを用いた腸管膜動脈灌流実験において、血管壁アンジオテンシンII(ANGII)産生を測定し、さらに局所におけるアンジオテンシン変換酵素阻害剤(ACEI)の効果についても検討を加えた結果、以下の結論が得られた。(1)灌流液抽出検体において測定されたANGIIが、高速液体クロマトグラフィーにて同定されたことより、血管壁においても、ANGIIが産生されていることが証明された。(2)両側腎摘出ラットにおいても、コントロール群と同程度の血管壁ANGII産生が認められたことより、血管壁RーA系は、腎RーA系と独立して機能していることが示唆された。(3)両側腎摘出ラットでは、ACEI投与にて有意な降圧効果が認められ、血管壁ANGII産生も低下したことより、本モデルの高血圧発症に、血管壁RーA系が関与している可能性が示唆され、さらにACEIは、血管壁RーA系に対しても抑制効果を有することが示された。(4)糖質コルチコイド高血圧ラットは、ヒトにおけるクッシング症候群のモデルであるが、ACEI投与にて有意な降圧効果が認められ、本症の高血圧発症に、RーA系の亢進が関与していることが示された。(5)鉱質コルチコイドー食塩高血圧ラットは、低レニン性高血圧症のモデルであるが、血管壁ANGII産生、血漿ANGII濃度伴に低下しており、ACEI投与にても、血管壁ANGII産生は低値のまま変化なく、充分な降圧も認められなかったことより、本ラットの高血圧発症に、血管壁RーA系の関与は少ないものと考えられた。本年度も、昨年度に引き継づき、血管作動性物質の血圧調節作用を中心に動物実験を行った。21ーデオキシアルドステロン(21ーDOA)は生体内で産生される鉱質コルチコイドであるが、その生物活性や生理的意義については十分解明されていない。今回、本物質の作用を、in vitroおよびin vivoで検定した。In vitroでは21ーDOAの鉱質コルチコイド(MC)生物活性、腎MCおよび、糖質コルチコイド(GC)受容体との結合能検討した。In vivoでは、腸内細菌を用いて、アルドステロンから合成した21ーDOAを副腎摘除ラット腎Cytosol分画において、MCおよびGC受容体結合能を求めコルチコステロイド結合グロブリン(CBG)との結合能も、ヒト血漿を用いて測定したその結果、21ーDOAはアルドステロンに対して、1ー5%の生物活性、94%の腎MC受容体結合能を有し、デキサメサゾンの23%の腎GC受容体結合能を示した。CBG結合能はコルチゾ-ルの17%であった。以上、21ーDOAは腎MC受容体に対し、アルドステロンとほぼ同等な結合能を有するが、In vivoにおけるMC生物活性は弱く、この解離はCBG結合能の差に一部起因すると推察された。生体で、生成される21ーDOAの病態生理的意義については健常人および肝硬変患者を対象にした、腸内細菌の除去の効果を検討し、弱いながら、MC作用を発揮しているとの間接的証拠を得た。