hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
神経変性疾患における変性部位選択性の分子機序に関するモデル動物遺伝子解析

神経変性疾患では特定の脳領域に変性が進行する傾向があるが、そのメカニズムは不明である。ここでは、ニューロン変性が加齢に伴って大脳辺縁系に選択的に進行するSAMP10マウスを神経変性のモデルとして解析した結果、神経変性の原因として、タンパク質分解系であるプロテアソーム活性の低下、軸索を構築する主要な細胞骨格タンパク質であるα-internexinのリン酸化の亢進が重要であることがわかった。神経変性の原因遺伝子については、15番染色体の特定の領域に存在することは突き止めたものの、同定にはさらなる研究が必要である。1.大脳辺縁系選択的にユビキチン化封入体形成を伴う加齢性神経変性を来すモデルマウスSAMP10を用いて、このマウスに出現する封入体形成の病的意義について検討した。SAMP10およびコントロール系のSAMR1マウスの胎仔大脳皮質より神経細胞を単離・培養し、10日目にプロテアソーム阻害剤MG115を培地中に加えた。MG115負荷により濃度および時間依存的に神経細胞死が見られたが、その程度はSAMP10とSAMR1の間で差は見られなかった。3μMのMG115を24時間負荷した際のユビキチン化封入体形成率は、SAMP10由来の細胞の方が有意に高かった。ユビキチンとMAP2による二重免疫染色標本を用いた形態計測で、封入体を有する神経細胞では細胞体から50μm以上伸びる樹状突起の数が封入体のない細胞と比べて有意に減少していた。この傾向はSAMP10、SAMR1いずれの細胞でも同様であった。以上から、SAMP10由来の初代培養神経細胞はプロテアソーム活性阻害によりユビキチン化封入体を形成しやすく、形成された封入体は樹状突起網の維持に対して傷害性に働くことがわかった。2.SAMP10をモデルに用い、脳組織の傷害刺激に対する脆弱性と損傷に対するグリア応答について、SAMR1と比較検討を開始した。3ヵ月齢マウスの腹腔にカイニン酸(KA)を投与、3日後に脳切片を作製してニッスル染色を施した。SAMP10、SAMR1の対照群には生理食塩水を投与した。海馬損傷のGradeを3(アンモン角全域で神経細胞死)、2(アンモン角の一部で神経細胞死)、1(神経細胞死は無くグリア応答のみ)、0(生食群)と分類した。その結果、10匹のKA投与R1は全てがGrade1であったが、7匹のKA投与P10はGrade3、2、1がそれぞれ1、5、1匹と分布した。現在、グリアの応答について、形態学的解析を進めている。加齢性神経変性では概して大脳辺縁系選択的にニューロン変性が進行することから、本年度は、辺縁系特異的に発現が変動するタンパク質を同定するために、加齢性神経変性モデルSAMP10を用いたプロテオーム解析を行った。加齢性神経変性モデルとしてSAMP10マウス(3,8,14カ月齢)、正常対照としてSAMR1マウス(3,8,14,21カ月齢)を用いた。脳を大脳辺縁系およびその関連領域と変縁系非関連領域などに分割し、それぞれからタンパク質を抽出した後、蛍光標識2次元ディファレンスゲル電気泳動(2D-DIGE)法にてタンパク発現を解析し、質量分析にて同定した。免疫組織染色を行い、タンパク質の分布を検討した。その結果、SAMP10の大脳辺縁系・関連領域において、3カ月齢と14カ月齢で有意な発現差を示すタンパク質は91個認められた。その中からSAMP10で加齢にともなって顕著に変化し、かつSAMR1との差が際立っていたスポット10個を選び、タンパク質の同定を行った。質量分析の結果、リン酸化α-internexinがSAMP10の大脳辺縁系・関連領域においてSAMR1よりも早期から増加していることが明らかになった。リン酸化タンパク質を特異的に染色するProQ Diamond染色およびα-internexin抗体を用いたウェスタンブロットによって、α-internexinの総発現量は一定で、そのリン酸化の割合が増加することが明らかになった。免疫組織染色の結果、α-internexinは主に軸索に分布していた。軸索に分布する中間径フィラメントであるα-internexinはリン酸によって重合が阻害される事が知られている。従って、α-internexinがSAMP10で早期にリン酸化されることが軸索の変性に関与することが示唆された。我々は、以前の研究課題にて、SAMP10マウスとSAMR1マウスとを交配してF_2マウスを作製し、16ヵ月齢における脳萎縮度を量的形質として、マイクロサテライトマーカーを用いた連鎖解析を行った。

その結果、D15Mit43とD15Mit193の間にLikelihood ratio statisticが12.1の値をもつ有意の量的形質遺伝子座位(QTL)を検出した。そこで、本研究課題では、そのQTL領域に含まれる遺伝子のうち、Nell2,Senp1,Asb8,Pfkm,Zfp641こついて、ダイレクシーケンスを行い、SAMP10に特徴的な遺伝子変異が存在するか否かを検討した。その結果、これらの遺伝子のexon領域には有意の変異を見出すことは出来なかった。次に、このQTLを含む小領域のみがSAMP10由来で、他はSAMR1の遺伝子背景を有するコンジェニック系統の作製に取り組んだ。本研究課題の3年間を費やして、現在は10世代の戻し交配までを終えており、間もなくコンジェニック系統を完成できるところまで進展した。今後さらに戻し交配を進め、コンジェニック系統を完成させた後には、大脳辺縁系選択的に出現するユビキチン化封入体を指標として、加齢に伴う神経変性がどのように修飾されるのかについて明らかにしてゆく予定である。その準備段階として、本年度はより迅速に組織標本を作製する工夫を行った。即ち、振動刃型薄切装置を用いて無包埋の固定組織片から30ミクロン厚の切片を作製し、浮遊状態のまま抗ユビキチン抗体を用いて免疫染色を行って、切片を透徹・封入した。嗅内野に一定面積の計測視野を設け、径3ミクロンを超える大型封入体を有したニューロンを数えたところ、今回の方法で作製した標本上で計数した封入体含有ニューロンの率は、SAMP10マウスにおける加齢性神経変性の指標として有効であることが明らかとなった。
多孔質体生成乱流の三次元計測手法の開発とそれに基づく新たな乱流モデリングの提案

多孔質体を通過する流れによって生成される乱流の計測手法として、既に開発していた二次元流跡線連結法なる画像流速計測手法を改良して3次元計測が行えるようにするとともに、その測定精度および解析速度の向上を図った。また、画像流速計測手法を用いて多孔質体間隙部およびその周辺の流体運動を計測し、多孔質体という複雑境界を有する非定常流場における非線形乱流モデルの妥当性について検証した。工学の分野では粒子群と流体との相互作用によってもたらされる複雑な現象が数多く存在し,未解明な点が多く残されている.国土保全や水際の景観に重要な役割を担う砂移動現象や,深掘跡の埋戻しやゴミ処分地造成などを目的とした土砂・捨て石投棄に伴って発生する流動およびこれによる物質の拡散現象などがその一例として挙げられる.これらの現象は,粒子の周辺に形成される微小な渦構造が個々の粒子の複雑な運動を誘起し,さらには粒子群としての挙動を決定することによって,固液混相流全体の運動を形成している.しかし,現段階では,個々の粒子と微小スケールの渦構造との相互作用を計測した例はほとんどないのが実情で,それ故,固相と液相あるいは気相の運動を解明し,それらの相互作用を定量的に評価し,予測するには至っていない.本研究では,これまで計測が困難であった固体粒子周りの流体運動の詳細,特に,3次元流動の詳細を計測することができる手法として可視化画像計測の手法を用いた.流跡線画像を撮影することによって流速場を計測するという可視化計測の初期段階で用いられていた手法と,固体粒子と流体の屈折率を一致させることによって固体背後の流体運動を可視化するという屈折率整合法を用いることによって,多孔質体内の乱流運動を3次元で計測できるように発展させた.また,2次元計測によって得られたデータに基づいて,乱流モデリングを試みた.本年度の研究は,多孔質体間隙部の乱流計測の結果に基づいて,乱流モデルを定式化することに目標があった.前年度に計測された多孔質体間隙部および多孔質体近傍における乱流量に基づいて,乱流モデルの適用性について検討した.まず,多くの研究で用いられているブシネスクの仮説に基づく線形粘性近似について,無次元せん断速度と無次元Reynolds応力の関係を一方向流場および振動流場を対象として検討した.時間平均操作に基づいて定義されるそれらの関係は,一方向流場において二次元性が強い流れにおいては上記の仮説が成り立つと見なすことができることが確認された.その一方で,三次元性が強くなるにつれて両者の相関が低くなること,また,振動流場においても両者の相関が低下することが確認され,線形粘性近似の適用条件が明確になった.一方,空間平均操作に基づいて定義される両者の関係は,その作用方向の合致度が低く,特に,間隙部においては相関性が極めて低くなることが明らかになった.以上のことから,線形粘性近似の妥当性は低いと判断された.次に,Reynolds応力の定式化に際し,線形粘性近似項に非線形粘性高を加えた非線形渦粘性モデルの適用性について検討した.非線形渦粘性モデルは,Reynolds応力の定式化にあたって,せん断速度だけでなく,回転速度や伸縮速度も考慮するものであるが,本モデルを用いた一方向流場におけるReynolds応力の再現性は極めて良好であること,また,振動流場においては,低速度の位相における再現性は必ずしも高いとは言い難いが,速度が十分に速い位相においてはその再現性が高いことを確認した.管水路内に設置した多孔質体を通過する流れの可視化実験を行い,得られた画像から流速場を計測した.計測された流速データに基づいて推定されたReynolds応力に対して,Reynolds応力とせん断速度の線形関係を仮定する渦粘性近似の妥当性を検証し,広く用いられている本手法は必ずしも適切なレイノルズ応力の推定手法ではないことを確認した.計測された流速デーに基づいて,せん断速度のみではなく回転速度や伸縮速度を考慮した非線形乱流モデル(Liu et al.(1994), Borue & Orzag(1998))の適用性について検討した.その結果,一方向流場および振動流場に設置された多孔質体を通過する流れに対して,いずれも高い相関係数(r=0.550.60)で実験結果を説明することができることが明らかになった.このとき,空間平均操作を施す長さスケールに依存することなく,非線形乱流モデル中の経験定数は0.12と一定値であることも明らかにした.このことは,本研究で適用した非線形乱流モデルは,計測精度あるいは計算格子サイズに対する依存度の小さいモデルであることを意味しており,その有用性が示されたと言える.屈折率整合法ではヨウ化ナトリウムを用いるが,これと比重(約1.3)が等しく,粒径が十分に大きなトレーサーが見つかっておらず,したがって,十分な三次元計測が行えていないのが実情である.24年度が最終年度であるため、記入しない。

実験によって物理現象を把握することは,極めて重要であると考えているので,比重の大きなトレーサーの探索を継続的に行っている.その一方で,数値計算によるアプローチも始めている.多孔質体という複雑な境界を比較的容易に扱うことができるIB法を用いて,多孔質体間隙流の再現性の検討を行っている.これに,乱流モデルを組み込んで計算を行い,得られた計算結果と実験結果を比較することにより,乱流モデルの妥当性について検討できるのではないかと考えている.24年度が最終年度であるため、記入しない。
硬膜外麻酔と各種薬剤の併用が肝酸素需給バランス・肝静脈血酸素飽和度に与える影響

イソフルラン麻酔中の、犬の肝動脈血流および門脈血流は、カルボカインによる胸部硬膜外麻酔によって、それぞれコントロール値に比べ、平均約23%および10%の減少をみた。これに呼応して肝静脈血酸素飽和度も平均約10%の減少が起こった。この胸部硬膜外麻酔のよる肝血流減少作用は、ドブタミン3μg/kg/min.の投与によりほほ拮抗され、ドブタミン5μg/kg/min.の投与では、コントロールよりもむしろ肝血流量、特に門脈血流量は増加した。一方、アムリノンの投与では、予想に反し、10μg/kg/min.および20μg/kg/min.の投与でも、有効な肝血流量の増加は見られなかった。今回の一連の実験では、肝動脈と門脈を剥離し、そこに電磁流量計を装着して測定を行ったが、リンパ液の流出がおびただしく、大量の輸液が必要になったことと、実験途中で循環血液量の低下からショックに陥る犬が少なくなかったことから、最終的な結果を出すための信頼できるデータが揃わないと判断し、途中、測定方法を見直しを行った。胸部硬膜外麻酔は、広範囲に交感神経系を遮断することから、肝臓の血流調節のダイナミクスにも影響を及ぼしていると考えられる。そこで、肝表面からレーザー血流計を用いて測定した肝血流を、コンピュータを用いて連続記録し、得られた時間系列データの周波数解析およびカオス解析を行うこととした。本研究は、この新しい測定システムを構築したところで、研究期間を終えた。今後は、この新しい測定システムを用いて研究を続けていく予定である。
高齢者のオーラルフレイル予防に資する口腔コグニサイズプログラムの開発と検証

オーラルフレイル(口腔機能の低下)は認知機能への影響が動物実験で示され、高齢者への実践的介入が求められる。本研究の目的は、オーラルフレイル予防と認知機能低下予防の効果も期待できる口腔コグニサイズプログラムを開発し、口腔機能や認知機能への介入効果などプログラムの有効性を検証することである。成果1.食行動やオーラルフレイル自覚と口腔機能の関連、食行動変容を促す介入に関する文献検討を行った。口腔運動とコグニサイズを組み合わせた介入報告は見当たらない。よって、口腔運動は有効性の報告があるものを活用し、脳活性化運動の要素を組み込んだプログラムを独自開発する。成果2.地域在住者を対象に、口腔機能測定とオーラルフレイル症状の自覚を調査し、口腔機能の現状と課題の検討から、年齢層別の実践的介入方法の示唆を得る。対象は5295歳の男女66名で,口腔機能(水の嚥下量の変動係数(CV%)、機能歯数、最大舌圧、口腔内水分量、咀嚼能力、舌・口唇の静的2点識別覚)と手指の巧緻性を測定した。またオーラルフレイルの自覚的症状を質問紙(4検法を数値化)で尋ねた。結果、年齢層が高いほど残存歯数、最大舌圧、咀嚼能力、手指の巧緻性が低値で、このことは先行研究と同様の結果であった。75歳で2群に分け、オーラルフレイル得点と相関を示した指標は、74歳以下群では残存歯数、咀嚼能力、口唇の静的2点識別覚で、75歳以上群では最大舌圧、手指の巧緻性(左)であった。74歳以下では、残存歯の減少や咀嚼能力の低下により噛めない食品が増える等、口腔内環境の変化と関連しており、適切な義歯の使用やガム咀嚼運動により咀嚼能力の維持向上を図る介入が必要と考えられた。75歳以上では、舌筋力の低い者ほどむせや飲み込みを意識し始めると推察され、舌筋力を高める舌運動や、両手指を使った唾液腺マッサージ等の手指運動に重点化した介入が考えられた。2018年度は、1文献レビューにより口腔機能を維持し認知機能低下を防ぐ実践的介入の現状を把握した。また、2地域在住の向老期・准高齢期・高齢期・超高齢期の男女を対象に、口腔機能測定とオーラルフレイル症状の自覚について調査し、年齢層が高くなるにつれ口腔機能が低下しているにもかかわらず、噛めないものが増える、口腔内の乾燥、飲み込みを意識するといったオーラルフレイル症状の自覚が低くい者を多く認めた。これら気が付きにくいオーラルフレイル症状について、被験者に客観的評価結果を示し、自身の口腔機能に関心を向け、開発したプログラムへの参加意識を高めた。3本調査結果から介入プログラム構成要素の抽出まで進捗している。また、4参加協力施設で口腔機能と口腔コグニサイズプログラムの学習会を開催し、スタッフ間の共通理解を促した。5研究会議を数回開催し、超高齢者が実施可能か、関係者に意見を求め、プログラム案を作成、実施方法を協議した。2019年度は、プログラム介入に先駆け、6ディサービスを利用する高齢期(7589歳)・超高齢期(90歳以上)の高齢者23名については、口腔機能測定及び認知機能測定を実施した。認知機能測定は、TDASを用いて、単語再認、口頭指令、図形認識、概念理解、名称記憶、見当識、お金計算、道具理解、時計理解を測定した。今後、7開発したプログラムによる介入を進め、5週間介入後に評価指標の前後比較を行う。アクションリサーチを繰り返し、口腔コグニサイズプログラムの構成要素と枠組みの妥当性を検討する。今後は、1専門家を招聘し、プログラム要素の妥当性を検討する。協力施設の精神科医、作業療法士、栄養士、看護師、共同研究者との協議を繰り返す。2プログラム実施→中間機能評価→計画修正→プログラム実施を繰り返す。3事前・事後の口腔機能と認知機能評価を行う。プログラム実施と機能測定には、被験者の体調管理のため看護師を雇用し、同一看護師と共同研究者、施設スタッフと協働して実施する。4プログラム参加者は20名以上を確保しているが、途中脱落を想定し、一施設での被験者確保が困難な場合、内諾を得ている高齢者福祉施設での介入準備を進めている。対象は5295歳の男女66名で,口腔機能(水の嚥下量の変動係数(CV%)、機能歯数、最大舌圧、口腔内水分量、咀嚼能力、舌・口唇の静的2点識別覚)と

手指の巧緻性を測定した。またオーラルフレイルの自覚的症状を質問紙(4検法を数値化)で尋ねた。結果、年齢層が高いほど残存歯数、最大舌圧、咀嚼能力、手指の巧緻性が低値で、このことは先行研究と同様の結果であった。75歳で2群に分け、オーラルフレイル得点と相関を示した指標は、74歳以下群では残存歯数、咀嚼能力、口唇の静的2点識別覚で、75歳以上群では最大舌圧、手指の巧緻性(左)であった。74歳以下では、残存歯の減少や咀嚼能力の低下により噛めない食品が増える等、口腔内環境の変化と関連しており、適切な義歯の使用やガム咀嚼運動により咀嚼能力の維持向上を図る介入が必要と考えられた。75歳以上では、舌筋力の低い者ほどむせや飲み込みを意識し始めると推察され、舌筋力を高める舌運動や、両手指を使った唾液腺マッサージ等の手指運動に重点化した介入が考えられた。2018年度は、1文献レビューにより口腔機能を維持し認知機能低下を防ぐ実践的介入の現状を把握した。また、2地域在住の向老期・准高齢期・高齢期・超高齢期の男女を対象に、口腔機能測定とオーラルフレイル症状の自覚について調査し、年齢層が高くなるにつれ口腔機能が低下しているにもかかわらず、噛めないものが増える、口腔内の乾燥、飲み込みを意識するといったオーラルフレイル症状の自覚が低くい者を多く認めた。これら気が付きにくいオーラルフレイル症状について、被験者に客観的評価結果を示し、自身の口腔機能に関心を向け、開発したプログラムへの参加意識を高めた。3本調査結果から介入プログラム構成要素の抽出まで進捗している。また、4参加協力施設で口腔機能と口腔コグニサイズプログラムの学習会を開催し、スタッフ間の共通理解を促した。5研究会議を数回開催し、超高齢者が実施可能か、関係者に意見を求め、プログラム案を作成、実施方法を協議した。2019年度は、プログラム介入に先駆け、6ディサービスを利用する高齢期(7589歳)・超高齢期(90歳以上)の高齢者23名については、口腔機能測定及び認知機能測定を実施した。認知機能測定は、TDASを用いて、単語再認、口頭指令、図形認識、概念理解、名称記憶、見当識、お金計算、道具理解、時計理解を測定した。今後、7開発したプログラムによる介入を進め、5週間介入後に評価指標の前後比較を行う。アクションリサーチを繰り返し、口腔コグニサイズプログラムの構成要素と枠組みの妥当性を検討する。今後は、1専門家を招聘し、プログラム要素の妥当性を検討する。協力施設の精神科医、作業療法士、栄養士、看護師、共同研究者との協議を繰り返す。2プログラム実施→中間機能評価→計画修正→プログラム実施を繰り返す。3事前・事後の口腔機能と認知機能評価を行う。プログラム実施と機能測定には、被験者の体調管理のため看護師を雇用し、同一看護師と共同研究者、施設スタッフと協働して実施する。4プログラム参加者は20名以上を確保しているが、途中脱落を想定し、一施設での被験者確保が困難な場合、内諾を得ている高齢者福祉施設での介入準備を進めている。口腔機能測定のために歯科衛生士を雇用予定であったが、共同研究者にて測定が可能となり人件費の使用がなかった。次年度は、口腔測定、認知機能測定等に専門職の雇用を予定しており、人件費の使用を予定している。また、被験者の確保が予定数に達しておらず、介入前の機能評価に使用する測定用試料の購入額が少なくなっている。測定用試料の使用期限が短く、測定直前に購入となるため、次年度使用額となっている。
土石流から泥流へ遷移する領域における流動・堆積機構に関する研究

研究の成果を列記すると下記のようである。(1)掃流状集合流動の流速と濃度:掃流状集合流動を2層流としてモデル化して取り扱った。まず、下部の高濃度層については、流れ方向には固・液両相について、垂直方向には固相について力の釣り合い式を立て、これらの関係から高濃度層内平均濃度と流速分布の式を求めた。高濃度層の厚さについては実験式を用いて評価した。一方、上部の水流層については、流れ方向の力の釣り合い式より流速分布を求めた。それぞれの層について流速分布を積分し、平均流速を求めた。それらの結果から、流速係数と輸送濃度を与える式を導いた。また、これらの式を検証するために砂礫及び人工軽量骨材を用いた実験を行い、計算値と実測値がとよく一致することを確かめた。(2)流砂量:上記の高濃度層内の濃度と平均流速を用いる事により流砂量を与える式を導いた。この式は、勾配が急になって土石流領域に入ると土石流の式に一致し、また水路傾斜角をゼロに近づけると従来提案されているいくつかの掃流砂式の式形と同じになる。このことからこの式は緩勾配の掃流砂から急勾配の土石流までの広範な領域に適用できると考えられる。また、この結果を基に簡便な流砂量式を提案した。(3)氾濫・堆積のシミュレーション:高濃度流の抵抗則及び流砂量式を用いる河床変動シミュレーションの手法を提案し、雲仙・水無川に適用して土石流の氾濫・堆積の危険区域の評価を行った。その際、上流端における境界条件は、ニューラルネットワークによる土石流の流出解析モデルに降雨記録を与えて求めたハイドログラフと、提案した流砂量の計算式により求めた。これにより、与えられた降雨波形に対するハザードマップを作成することが可能になった。また、推定した流入土石の総量は、堆積物の測定から得られた結果とよく一致し、提案された流砂量の式が現地への適用性を有することも確認された。

また、この結果を基に簡便な流砂量式を提案した。(3)氾濫・堆積のシミュレーション:高濃度流の抵抗則及び流砂量式を用いる河床変動シミュレーションの手法を提案し、雲仙・水無川に適用して土石流の氾濫・堆積の危険区域の評価を行った。その際、上流端における境界条件は、ニューラルネットワークによる土石流の流出解析モデルに降雨記録を与えて求めたハイドログラフと、提案した流砂量の計算式により求めた。これにより、与えられた降雨波形に対するハザードマップを作成することが可能になった。また、推定した流入土石の総量は、堆積物の測定から得られた結果とよく一致し、提案された流砂量の式が現地への適用性を有することも確認された。
アメリカのリベラル改革における学校の公共性と民主主義-デューイとその周辺-

本研究では、1920年代から30年代のリベラル改革が主導した学校の公共性の展開を、ジョン・デューイの構想とその実践的貢献に即して考察し、民主主義と公共性を原理とする学校改革の思想、政策、実践の複合的、多層的な成立、展開過程を明らかにした。すなわち、彼が探究した学校の公共性の主題をリベラリズムの再構築と再概念化の角度から検討し、民主主義に立脚した学校改革の新たな展望を明示した。平成18年度においては、デューイの教育理論を中心に、アメリカのリベラル思想の系譜における学校改革と公共性の首題を明らかにする試みを展開した。この課題を遂行するために、(1)1930年代の思想史的検討を行うとともに、(2)学校の学びの実践的関心からデューイの授業論の解明にに着手した。(1)の研究の中では、デューイが子どもたちの学びを軸にして、民主主義と公共性を原理とする革新的な学校改革のヴィジョンを持っていた点を明らかにした。彼は、伝統的なリベラリズムの思想を超えて、「ともに生きるあり方」としての新しい民主主義の観点から、教育の再生に取り組んだ。学校は、社会形成と文化創造のエージェンシーとして、公共性の中心的なエージェンシーと位置付けられていたとを明らかにした。(『大東文化大学紀要、社会科学』)(2)については、デューイの学校論を、エンゲストロームを中心とする現代の活動理論と比較し、社会的で協同的な実践としての学びの考え方を提示した。その上で、デューイがシカゴ大学の附属小学校で展開したカリキュラムと学びのあり方についての検討を行った。(『語学教育研究論叢』、『大東文化大学教育学会誌』)また、平成18年9月にハワイ大学て、平成19年2月にはカリフォルニア大学ロサンゼルス校で、1920年代から30年代のデューイと、彼と関わりのある思想家たちの資料収集を行った。これらの解明は、平成19年度の課題となる予定である。さらに、ハワイ大学では、カリキュラムセンターのリンダ・メントン氏に、デューイの学校論の実践的なアイディアについて多くの示唆を頂き、また、UCLAでは、教育史の専門家であるゾル・コーエン教授に教育思想史の方法論と、プログレッシブ期の教育についての具体的で詳細な検討課題を指導して頂くことができた。平成19年度の研究活動として、1920年代から30年代のデューイの教育改革の構想を、その成立基盤を形成する彼のリベラリズム批判の思想と公共性構想の角度から考察した。それによって、彼がロック的な伝統を持つ初期の思想から、19世紀のレッセフェール的な市場社会へと至るリベラリズムの歴史展開を批判的に捉えたことを明らかにした。そして、アソシエーショニズムの思想を中心とする公共性概念を提示した。デューイが公共性と私事性の二項対立を解消し連続的に捉える試みを展開したことを指摘した。さらに、デューイのこの公共性の構想が、ネオ・リベラリズムによる改革が席巻し主導する今日の教育改革に対して貴重な論点を提供するものであることを明らかにした。彼の公共性概念が示唆する教育改革は、チャーター・スクールやバウチャー制度の導入に見られる市場による教育の統制や、国家の中央集権的な支配のあり方とは対極をなすものとなる。その構想は、アソシエーションとコミュニティにおける公衆たちの活動を中心に据えて捉えるものであった。その上で、デューイが協同的で対話的な学習を擁護して実践に取り組んだことを検討し、その具体的な様態を進歩主義学校の実践との試みから検討を行った。デューイの学校改革論は、市場や国家を基軸とする伝統的なりベラリズムに代替する公共性概念を示すものとして重要な意義を持つものであることを明らかにした。平成20年度の研究では、1920年代から30年代にかけてのジョン・デューイが探究した学校の公共性形成をリベラリズムの再構築と再概念化の角度から考察し、民主主義と公共性を原理とする彼の学校改革の構想と実践の展開過程を明らかにした。まず、1929年の世界恐慌から30年代にかけてのりベラリズムの状況の中でのデューイの活動を、彼が関与した独立政治活動連盟とピープルズ・ロビーの活動から分析した。特に、彼がレッセフェールとニューディールの両方を批判し、民主主義と教育の節合を促したことを考察した。次に、デューイが協同的な学習活動と教育の自由を基盤に「教育の自律性」を樹立する角度から、民主主義の再生を求めたことを描出した。そこでは、「教育の自律性」を「国家的システム」としての学校の中心課題に位置付けられていた。さらに、デューイが公共性構想の淵源として捉えた芸術の観念とその実際活動について、彼が自ら深く関与したバーンズ財団での芸術教育の取り組みから検討した。本研究の意義は、デューイとその周辺の思想家との交流と対立を考察することを通じて、リベラリズムと民主主義の学校改革の思想、政策、実践の複合的、多層的な成立、展開過程を明らかにしたことにある。

これによって、先行研究では、しばしば予定調和的に捉えられてきたリベラリズム、民主主義、国家、市民性などの概念の中に孕まれた矛盾と相克を実践活動のレベルから叙述したことは、極めて重要な意味を持つと考えられる。
超高輝度発光ダイオードを光源とした膜電位の光学的多領域二波長同時測定装置の開発

本研究は膜電位の光学的測定法を、その適用が極めて困難な心臓や筋肉などの動く標本に適用することを目標とする。標本が動くと膜電位依存性のシグナル成分に、動きに起因する成分が重畳してくるので、これを波長依存性の違いを用いて分離する必要がある。多数の領域から同時記録する場合は、受光側で光路を分ける方式より、入射光の波長をchoppingする方式が優れているが、機械的にchoppingするのでは心臓や筋肉への適用には、切り替え速度が遅過ぎる。近年開発された超高輝度発光ダイオードを光源に導入することで、自発性の興奮を二波長同時測定出来る可能性が浮上した。開発方針として、研究代表者(廣田)が東京医歯大在職中に開発した1020チャネル同時測定システムをベースに、それを改良することとした。医歯大の装置では1秒しか連続記録出来ない。これをメモリーの増設で延長するのでは延長時間は限られるので、産業用ワンボードコンピュータを導入し、リアルタイムに高速ハードディスクに書き込む方式を導入し、連続記録時間を1000倍以上に拡張した。続いて、超高輝度発光ダイオードを用いた光源を作成し、光源のchoppingに対応できるように測定装置を改造した。その結果、ラットの心房から自発興奮を二波長同時記録することに成功した。エレメントの下の細胞が入れ替わってしまうなどの問題があるため、まだ、拍動を抑制する必要はあるが、コンピュータで興奮の開始を自動的に認識出来る仕立ち上がりのはっきりしたシグナルが得られた。ソフトウェアなどにまだ改良すべき部分は残っているが、基本的に、当初の開発目標をほぼ満たす測定システムが概ね完成した。本研究は、心臓や筋肉など標本の収縮に伴う光散乱が重畳してくるため、膜電位の光学的測定法の適用が困難であった標本を対象に、膜電位依存性のシグナルを光散乱の成分から波長依存性の違いを用いて分離することにより、心臓の非常に多数の領域から膜電位を同時に拍動による影響をほとんど受けずに測定する装置を開発し、膜電位の光学的測定の適用を広げることが目的である。光源に超高輝度発光ダオードを導入するという独創的な方法により、入射光の波長を素早く切り替える方法(chopping方式)の欠点であった切り替え速度の遅さと振動問題を一気に解決し、不整脈の解析等に必須な非周期性の自発性興奮記録を出来るものとする。初年度である本年は、主として多領域から同時に膜電位を記録できる光学測定装置の開発を行った。まず、研究代表者(廣田)が東京医歯大で開発した光源にタングステンハロゲンランプを用いた装置とコンピュータ以外は基本的に同じ装置を作製した。ただし、医科歯科大の装置の連続記録時間は1秒である。医科歯科大の研究対象が脳であるため、1秒でもあまり支障を来さなかったが、本研究は研究対象として心臓を想定している以上、1秒では実用にならない。したがって、コンピュータを新型のものに変更するのに伴い、長時間連続記録(当面、十数分)可能なものとすることとした。新たな市場の情報をもとに実験計画の見直しを行った結果、本計画で用いるコンピュータシステムとして、Compact PCIをシステムバスに持ち、VMEバスに直接アクセスできるFAボードコンピュータを採用することとした。現在、光学測定装置から光ファイバーで送られてくるデーターを一時保存する、ダブルバッファー、デュアルポート仕様のSRAMメモリー基板とメモリー基板の内容をVMEバス経由でコンピュータ基板にDMA転送する為のインターフェース基板を独自に開発中である。本研究は、心臓や筋肉など標本の収縮に伴う光散乱のため、膜電位の光学的測定法の適用が困難であった標本から光学的に膜電位を測定する装置を開発し、膜電位の光学的測定の適用を広げることを目的とする。原理的には、光源に超高輝度発光ダイオードを導入し、CHOPPINGさせるという独創的な方法を用いて2波長同時測光することにより、膜電位依存性のシグナルを光散乱の成分から波長依存性の違いを用いて分離しようとするものである。

拍動による影響をほとんど受けない膜電位依存性の光学シグナルがコンピュータにより算出される予定である。2年目に当たる本年は、まず、コンピュータの支配下のVME bus上に初年度に開発した測定装置の出力を受けるインターフェース基板を開発した。光ケーブルの入力部とDual portのS-RAM構成のメモリー基板2枚とコントロール基板の3枚構成とし、double bufffer仕様で、dataの連続取り込みとハードディスクへの連続書き込みの動作確認まで進めることが出来た。並行して、高輝度発光ダイオード光源の作製を終えた。まず、CHOPPINGさせない状態でテストした結果、光源強度が予想以上に変動することが判明した。その変動値はタングステン・ハロゲン光源を定電流駆動させた場合より1桁程大きく、その対策が必要となった。原因を究明し、対策を立てるのに予想以上の時間を費やしたが、原因の一つは発光ダイオードが発熱により発光効率が変動を受けることによるもの、もう1つは、発光ダイオードが定電圧駆動である為であるとの一応の結論に達し、現在、前者に対しては透明なシリコンラバーでモールドし、電子冷却する方法を、後者に対しては、1個1個の発光ダイオードを定電流駆動する回路を付加する改造を試行している。また、前者はCHOPPING点灯すればかなり改善する可能性があるので、並行してCHOPPING光源に対応したDETECTOR側の改善を進めている所である。本研究の目的は、適用が極めて困難であった、心臓や筋肉などの動く標本に膜電位の光学的測定法を適用できるように測定装置を改良することである。原理としては、標本が動きを伴う時、動きに起因する光散乱変化の光学的シグナルが、膜電位依存症のシグナルに重畳して来るので、これを波長依存症の違いを用いて分離するものである。多数の領域から同時記録する装置では、受光側で光路を分ける方式より、入射光の波長を高速に切り替える方法(chopping方式)が望ましいが、従来の機械的方法では心臓や筋肉標本への適用には、切り替え速度が遅過ぎた。近年開発された超高輝度発光ダイオードを光源に導入するという独創的な考えにより、自発性の興奮を二波長同時に記録できるシステムが開発出来た。最初の2年間は、研究代表者(廣田)が東京医歯大在職中に開発した1020チャネル測定システムをベースに、わずか1秒しかない連続記録時間を1000倍以上に拡張する改造を施しながら、improved copyを作製した。最終年度の今年は、超高輝度発光ダイオードを用いた光源を作成すると共に、昨年度より進めていた、光源のchoppingに対応できるように測定装置を改造し、基本的にラットの心房から自発興奮を二波長同時記録することに成功した。拍動が余りに大きいとエレメントの下の細胞が入れ替わってしまうなどの問題があるため、拍動を抑制する必要があったが、二波長同時測定の為、測定波長の異なるシグナル位相を合わせる必要が無く、コンピュータで興奮の開始を自動的に認識出来た。ソフトウェアの一部などまだ未完成の部分は残るが、基本的に、当初の開発目標をほぼ満たす測定システムが概ね完成した。
高エネルギーガンマ線による極限宇宙の研究

MAGIC望遠鏡、フェルミガンマ線衛星を使い高エネルギーガンマ線による極限宇宙の研究を進めた。その成果は多岐にわたり、銀河宇宙線の起源、パルサーからの高エネルギーガンマ線放射、超大質量ブラックホール周辺での高エネルギー現象、高エネルギーガンマ線の吸収から銀河間空間の可視赤外背景放射の観測を進め、暗黒物質の対消滅からのガンマ線を探索し、暗黒物質の対消滅断面積に上限値をつけた。また、将来のガンマ線天文学のさらなる発展のため、23m口径のCTA大口径望遠鏡の開発研究を進めた。日本、ドイツ、スペイン、イタリア、フランスを主要国として国際共同で開発研究を進め、2016年より1号基建設をCTA北サイトであるラパルマで開始した。日本は、主鏡部分の、分割鏡、アクチュエーター、Active Mirror Control、またカメラ部分である光電子増倍管、高圧電源、プリアンプ、GHz読み出し回路の設計製作を担当した。種々の品質管理テストの後、ラパルマに輸送を完了しており、すでに完成したコンクリート土台の上に望遠鏡構造が建設されるのを待っている段階である。2017年度中の完成、ファーストライトを目指している。本研究計画では、MAGICチェレンコフ望遠鏡(50GeV-10TeV)とFermiガンマ線衛星(100MeV-100GeV)を使い、5桁にわたる広帯域(100MeV-10TeV)で、銀河系内外の多くの極限的な天体を観測し、加速、ガンマ線放射の現場を今までに無い精度で捉える。宇宙線の起源を解明し、そのグローバルピクチャーを得ることを目的とする。さらに、高エネルギーガンマ線天文学の将来へむけ、CTA計画(大規模チェレンコフ望遠鏡計画)の準備研究として、CTA 23m大口径チェレンコフ望遠鏡プロトタイプを欧州グループと共同で建設し、高エネルギーガンマ線による観測領域を深宇宙(z<4)まで拡げることを目的とする。MAGIC望還鏡は2013年度にアップグレードを完了し、アナログステレオトリガーでは30-40GeVエネルギー閾値を実現し、深宇宙の観測にむけて準備をすすめた。2012年度、2013年度において、活動銀河核RX J1136.5+6737, RBSO723, H1722+119, MS1221.8+2452からの>100GeVガンマ線放射を発見し、また1ES1011+496の極めて明るいガンマ線フレアーを観測する。超新星残骸W51からの>100GeVガンマ線放射も発見し、宇宙線陽子を加速していることを明らかにした。また、2012,2013年度では、CTA大口径望遠鏡1号機の建設へ向けて、分割鏡、PMTクラスターの量産を行ない、読み出し回路の量産準備を進めている。また、分割鏡の能動的光学補償システムの試作を進め、10秒角の精度で分割鏡を制御できることを実証した。本研究計画では、MAGIC望遠鏡(50GeV-10TeV)とFermiガンマ線衛星(100MeV-100GeV)を使い、5桁にわたる広帯域(100MeV-10TeV)で、銀河系内外の多くの極限的な天体を観測し、加速、ガンマ線放射の現場を今までにない精度で捉え、宇宙線の起源を解明することを目的とする。さらに、高エネルギーガンマ線天文学の将来へむけ、CTA計画(大規模チェレンコフ望遠鏡計画)の準備研究として、CTA23m大口径チェレンコフ望遠鏡プロトタイプを欧州グループと共同で建設している。MAGIC望遠鏡により、2012年度-2014年度には、1ES0033+595(z不明), RX J1136.5+6737(z=0.1342), RBS0723(z=0.198), H1722+119(z>0.17), MS1221.8+2452(z=0.218), S3 0218+35(z=0.944), PKS 1441+25(z=0.939)等の活動銀河核から>100GeVガンマ線放射を発見した。深宇宙からのガンマ線観測もz=1の距離まで伸びてきた。またIC310から1分スケールで激しく変動する極めて明るいフレアーを観測し、ブラックホールのごく近傍で粒子加速が起こっていることを明らかにし、サイエンス誌に発表した。また、2012-2014年度では、CTA大口径望遠鏡1号機の建設へ向けて、分割鏡、アクチュエーター、およびPMTクラスター、データ読みだし回路の量産をすすめた。また、試作をおこなった分割鏡の能動制御光学補正システムでは、レーザー、CMOSカメラを使い実験室の環境では2秒角の精度で分割鏡方向をモニターし、制御できることを実証した。

MAGIC望遠鏡はアップグレードを完了し、さらにアナログステレオトリガーにより30-40GeVエネルギー閾値を実現し、深宇宙の観測行なうための準備をすすめている。2012年度において、ペルセウス座にあるIC310から驚くべき早い数分スケールのフレアーを観測し、さらに、超新星残骸W51からの>100GeVガンマ線放射を発見し、宇宙線陽子を加速していることを明らかにした。また、2012年度には、CTA大口径望遠鏡1号機の建設へ向けて、分割鏡、PMTクラスターの量産を行ない、読み出し回路の量産準備を進めた。また、分割鏡の能動的光学補償システムのデザインを進めた。本研究計画では、MAGIC望遠鏡(50GeV-10TeV)とFermiガンマ線衛星(100MeV-100GeV)を使い、5桁にわたる広帯域(100MeV-10TeV)で、銀河系内外の多くの極限的な天体を観測し、加速、ガンマ線放射の現場を今までにない精度で捉え、宇宙線の起源を解明することを目的とする。さらに、高エネルギーガンマ線天文学の将来へむけ、CTA計画(大規模チェレンコフ望遠鏡計画)の準備研究として、CTA23m大口径チェレンコフ望遠鏡プロトタイプを欧州グループと共同で建設している。MAGIC望遠鏡により、2012年度-2015年度には、1ES0033+595(z不明), RX J1136.5+6737 (z=0.1342), RBSO723(z=0.198), H1722+119(z>0.17), MS1221.8+2452 (z=0.218), S3 O218+35 (z=0.944), PKS 1441+25 (z=0.939), S2 0109+22(z=0.265)等の活動銀河核から>100GeVガンマ線放射を発見した。深宇宙からのガンマ線観測もz=1の距離まで伸びてきた。またIC310から1分スケールで激しく変動する極めて明るいフレアーを観測し、ブラックホールのごく近傍で粒子加速が起こっていることを明らかにし、サイエンス誌に発表した。また、カニパルサーからのガンマ線パルス放射が1TeVを超えるエネルギーまで伸びていることを発見した。また、2012-2015年度では、CTA大口径望遠鏡1号機の建設へ向けて、分割鏡、アクチュエーター、およびPMTクラスター、データ読みだし回路の量産、品質管理をすすめた。また、試作をおこなった分割鏡の能動制御光学補正システムでは、レーザー、CMOSカメラを使い実験室の環境、ドイツ・マックスプランク物理学研究所裏庭に設置されたテスト構造体で5秒角以下の精度で分割鏡方向を制御できることを実証した。MAGIC望遠鏡は2013年のアップグレード終了後、今までにない高い性能(検出限界0.6% Crab Flux)で順調に観測を続けている。複数の活動銀河核、超新星残骸からの>100GeVガンマ線放射を発見している。z1の遠方活動銀河書くを二つ観測し、>100GeVガンマ線による深宇宙の観測が急速に進み始めた。CTA大口径望遠鏡1号基の起工式を2015年10月にスペイン・ラパルマにて開催し、2016年度の運転開始を目指している。また、本事業による大口径望遠鏡1号基の研究開発の成果が認められ、2-4号基の建設が平成28-29年度施設整備費として認められ、これらの建設に関する調印式を2016年4月に東大宇宙線研とカナリ宇宙物理学研究所との間で交わした。2018年のCTA北大口径望遠鏡4基の完成を目指すことになる。フェルミガンマ線衛星、MAGICチェレンコフ望遠鏡を使い高エネルギーガンマ線により極限宇宙の研究を進めて来た。
塑性ヒンジ領域に新材料を用いることにより地震後の復旧を要しない橋脚の開発

首都圏に代表されるように、近年の都市機能の円熟化と複雑化にともない、大地震時といえども都市機能の停止が許されない時代を迎えており、インフラストラクチャーの地震被害に対して、いつまでも大地震時には損傷はやむを得ないといった発想ではなく、積極的に地震被害を受けず、地震後の復旧も必要としない構造物を開発することが求められるようになってきている。本研究は、このような背景の下に、大地震時に要求される曲げ変形特性を有しつつ、地震によって損傷せず、従って地震時にも機能を確保できると同時に、地震後に復旧が不要な橋脚を開発しようとするものである。このため、橋脚の曲げ塑性変形によって損傷を生じるのは塑性ヒンジ領域と呼ばれるわずかな領域でしかないことに着目し、この領域に高性能ゴム等の復元力特性に富み、高面圧に耐えられる新材料を用いると同時に、高強度の鋼棒等によって軸方向にプレストレスを導入する等によって、目標とする4%ドリフトまでの橋脚変形に対して、塑性ヒンジ部の損傷を大幅に軽減できる橋脚の開発を目指した。本研究では、塑性ヒンジ部に設置可能な材料の選定からスタートし、高面圧下での繰り返し載荷実験等から、免震支承に使用される高減衰ゴムがこれにふさわしいことを明らかにした。次に、塑性ヒンジ領域に高減衰ゴムをどのように設置するかについて、基本設計法を開発し、これに基づいて5体の1/8模型(断面400mm×400mmの正方形、有効高さ1.35m)を用いた繰り返し載荷実験を行った。この結果、ゴム層と橋脚躯体およびフーチングは固定する必要のあること、橋脚躯体とフーチング間の過度なせん断変形を防止するためにせん断キーが有効であること、これらを与えることにより開発目標とする4%ドリフトの変形に耐える構造とできること等を明らかにした。さらに、ファイバー要素解析に基づいて、軸方向鉄筋やコンクリートの損傷特性を分析した。こうした結果に基づいて、改良版の橋脚模型の設計方法を明らかにし、新たに6体の1/8模型に対する繰り返し載荷実験を行い、塑性ヒンジ区間にアンボンドのPC鋼棒による引張抵抗メカニズムやゴム層厚等の効果を検討した。この結果、開発目標とする4%ドリフトまで損傷を軽減した橋脚を建設可能であることを明らかにした。ただし、今後の課題として、塑性ヒンジ区間では、一般の鉄筋ではなく、より変形性能の高い鋼材を使用することが求められることも明らかにした。本研究は、橋脚の曲げ塑性変形によって損傷を生じるのは塑性ヒンジ領域とよばれるわずかな領域でしかないことに着目し、この領域に高性能ゴム等の復元力特性に富み、高面圧に耐えられる新材料を用いると同時に、高強度の鋼棒等によって軸方向にプレストレスを導入する等によって、大地震に要求される曲げ変形特性を有しつつ、地震によって損傷せず、従って地震後に復旧が不要な橋脚を開発しようとするものである。

平成13年度には、塑性ヒンジ領域にゴム層を設置する方法を対象として、性能目標に応じて必要なゴム層の厚さと曲げ引張力を分担するために高強度鋼棒に導入すべきプレストレス量の関係をまずファイバー要素解析で明らかにした。また、ゴム層単独のせん断、圧縮引張載荷実験を行い、鋼面圧下の基本的な変形特性解析した。さらに、ゴム層を基部の塑性ヒンジ区間に組み込んだ1/8鉄筋コンクリート橋脚模型を用いてくり返し載荷実験を行い、ゴム層の変形状況と橋脚躯体の損傷状況を検討した。この結果、以下の結果を得た。1)ゴム層を橋脚基部に設置することにより、橋脚の曲げ変形をゴム層の変形でとることができ、従来型の橋脚であればドリフト4%程度で種鉄筋の破断を含む大きな損傷が生じるのに対して、ここで開発する橋脚では、コンクリートにはほとんど損傷は生じない。2)ゴム層には直ひずみにして50%以上もの大きな大きな変形が生じ、はらみだしや最終的には破断も生じる。ゴム層の厚さを増やすとゴム層自体の損傷は減少するが、はらみだしが大きくなることから、ゴムの積層下が有効と考えられる。3)高強度鋼棒を挿入したり、これにプレストレスを導入すると、ドリフトが4%以上となり、最終的に主鉄筋が破断し始めた後の曲げ耐力の急速な低下を防止する上で効果がある。3)せん断キーはゴム層が厚くなり、せん断変形しやすくなった段階で主鉄筋の損傷を防止するために有効である。4)東京工業大学で開発した除荷、再載荷過程を表せるコンクリートの応力ひずみモデルを組み込んだファイバー要素解析により実験結果をかなり良い精度で再現することができる。5)鉄筋コンクリート橋脚の地震後の残留変位を制御する手法を確立するために、プレストレスを導入したRC橋脚の模型供試体を作製し,正負交番載荷実験,仮動的実験を行い,その基本的耐震性状を明らかにした。その結果,プレストレスをRC橋脚に適切に導入することによって,地震後に要求される残留変位を制御できることが明らかとなった。本研究は、地震時には橋脚の塑性ヒンジ区間に損傷が集中することから、この区間に繰り返し塑性変形に耐え、変形を吸収できる新材料を用いることにより、地震後の損傷が少なく地震後の復旧が不要(ダメージフリー)で、変形性能が高い橋脚を開発することを目的として実施するものである。本研究の結果、以下の点が明らかとなった。1)鉄筋コンクリート橋脚の塑性ヒンジ領域に、ゴム層を設置し、橋脚の塑性変形をゴム層の弾性変形と塑性変形によって吸収する構造を考案した。断面寸法400mmx400mmの矩形断面を有する模型橋脚を用いた繰り返し載荷実験に基づいて検討した結果、この構造では、塑性ヒンジ領域における曲げ塑性変形ではなく、橋脚のロッキングによって横変位に抵抗すること、塑性ヒンジ区間にゴム層を設置するだけの構造ではゴムの塑性変形が大きく残留変位が生じるため、積層化することが有効であること、積層化したゴム層を上面は橋脚躯体に、下面はフーチングにアンカーボルトで固定するとゴム層の定着がよいため、橋脚の曲げ耐力が安定し、変形性能も向上すること、軸方向鉄筋の座屈と破断が生じることによって最終状態となるが、目標とするドリフト4%程度の変形性能を確保できることを明らかにした。2)上記1)の構造において、プレストレスを鋼棒によって橋脚の軸方向に与え、目標塑性変形(4%ドリフト)に達しても鋼棒が弾性状態にあるように鋼棒の長さを与えると、鋼棒が引張抵抗部材として作用することにより、曲げ耐力がより安定し、降伏後剛性が増大する結果、残留変位を減少させるために有効であることを明らかにした。
ヒト腱の力学的および代謝的因子の変化に基づいた運動プログラムの開発と応用

ヒト生体における腱の力学的特性(超音波法)および血液循環(赤色分光法)に加えて、血液性状から1型コラーゲンの代謝動態を推定する手法を確立した。これらの手法を用いて、筋力トレーニングおよび脱トレーニングに伴う腱の力学的および代謝的因子の詳しい変化様相を明らかにした。さらに、これまで経験に基づいて行われてきた温熱療法、鍼治療および高気圧酸素療法による腱の血液循環の変化を明らかにした。研究1腱特性と筋線維組成との関係本研究では、腱特性と筋線維組成(最大twitchトルクまでの到達時間より推定)との関係を検証することを目的とした。50名の成人男性を対象とし、膝伸筋鮮および足底屈筋群における腱組織の最大伸張量、ステイッフネスを測定した。併せて超最大刺激によるtwitchトルクを誘発し、その最大トルクに到達するまでの時間(Time to peak torque ; TPT)を筋線維組成の指標として測定した。その結果、膝伸筋群および足底屈筋群ともに、TPTと腱特性(最大伸張量、ステイッフネス〉との間には有意な相関関係が認められなかった。以上の結果より、筋線維組成と腱特性との間には関連がないことが明らかになった(Kubo & Ikebukuro, 2010Muscle & Nerve)。研究2温熱時間が腱の血液循環に及ぼす影響本研究では、ホットパックによる温熱刺激が筋および腱の血液循環に及ぼす変化から、適切な温熱時間を提示することを目的とした。下腿部をホットパック(表面温度55度)で60分間覆い、その間の腓腹筋およびアキレス腱の血液量および酸素飽和度を測定した。その結果、筋および腱ともに温熱開始から1015分経過後から有意な血液量および酸素飽和度の増加を示した。その増加は約35分程度まで続き、それ以降はプラトーになった。スポーツ現場や医療現場では、皮膚温や筋温の変化(温熱開始後10分程度で増加が頭打ちになる)から1530分の治療時間が採用されている(e.g.Giombi et al. 2002)。しかし本研究の結果より、損傷部位の治療を促進するために各組織の血液量や酸素濃度を高く保つためには、35分以上の温熱時間が必要である可能性が示唆された(論文投稿中)。研究1陸上短距離選手の下肢筋群の腱特性100Mの公式記録が10秒台の陸上短距離選手15名を対象に、膝伸筋群および足底屈筋群の腱組織の力学的特性を一般成人と比較した。腱組織の力学的特性は、等尺性収縮中の超音波縦断画像より腱組織の伸張量を実測し、「張力-伸張量」関係から最大伸張量およびスティッフネスを算出した。膝伸筋群の腱組織において、短距離選手は一般成人に比べて腱組織の最大伸張量が大きく、スティッフネスが低かった。しかし、足底屈筋群の腱組織においては、両群間にそのような差異は認められなかった。以上の結果より、陸上短距離競技において、膝伸筋群の腱組織の伸展性が高いことが有利であることが示唆された。研究2静的および動的運動によるヒト腱のタイプ1コラーゲンの合成マーカの変動静的および動的運動後における主に骨のタイプ1コラーゲンの合成を示すbone-specific alkaline phosphatase (BAP)と骨以外の組織(腱や皮膚など)も含む組織由良のタイプ1コラーゲンの合成を示すprocollagen type1 C-peptide (P1P)の変動を比較し、両運動様式が腱のタイプ1コラーゲンの合成に及ぼす影響を検証した。8名の成人男性が、静的および動的膝伸展運動を50回ずつ実施した。その前後、1,2,24,48および72時間後に採血を行い、BAPおよびP1Pを測定した。BAPは、両条件ともに運動終了72時間後まで有意な変動はみられなかった。一方、P1Pは動的運動条件では有意な変動がみられなかったが、静的運動条件では24時間後に安静時より有意に高い値を示した。以上の結果、静的運動を実施すると、約1日後に腱のタイプ1コラーゲンの合成が高まる可能性が示唆された。温熱療法や鍼治療は、腱や靭帯などの軟部組織の障害の治療に効果が高いことが知られているが、その機序については不明である。そこで本研究では、これらの刺激による血液循環変化の機序を探るために、温熱および鍼刺激による刺激脚および非刺激脚のアキレス腱のTHbおよびStO2を測定した。11名の被検者を対象に、刺激前15分間、刺激中および刺激後40分間、赤色分光法により刺激脚および非刺激脚のアキレス腱のTHbおよびStO2を連続的に測定した。温熱刺激は、赤外線治療器(HIR-225,OMRON)を用いて、アキレス腱から約30cm離れた位置から20分間照射した。