論文

大動脈内の流れは、曲がり管内の間欠流としてモデル化でき、すでに数値計算で流れの様子を明らかにしているが、本研究では実験によって間欠流における二次流れの様子を計測し、計算との比較を行った。収縮期の最後で曲がりの内側で逆流が生じ、その血結果新たな二次流れが生じ、それが曲がりの内側から外側に移動することが解った。

実際のヒトの大動脈内流れをパルス超音波流速計によって計測し、その血流波形を数値計算にいれて、大動脈内の流れのシミュレーションを行った。安静時と運動時との比較などを行った。

間欠的振動流に発生した乱流が流れの静止期の大きさによって顕著な影響を受けることが解っている。その際、流れの静止期の乱流遷移にたいする影響に関して特にスペクトル領域で検討を行った。

動脈硬化病変は低酸素状態で生ずることが言われているため、血液からの物質透過の関門である内皮細胞が酸素輸送への調節を行っている可能性がある。そこで、培養内皮細胞を微孔性膜上に撒き、一層の内皮細胞を透過する酸素の透過性能を測定した。

間欠的な振動流では、輸送すべき物質を最大ストローク移動させてから、一旦静止させるので、分子拡散などにより混合する機会が与えられ、全体としてテーラー拡散が促進される可能性がある。そこでその原理的な面を計算で確かめ、間欠的振動流の軸方向ガス輸送への影響について明らかにした。

動脈硬化病変は低酸素状態に関連があると言われているので、大動脈血管壁内の酸素濃度の分布を計算によって予測した。二次流れの存在のために、血管壁内の酸素濃度は曲がりの内側付近で最小値となり、従来の臨床医学的知見と一致しているので、低酸素状態は今後病変発生の重要な条件となることが解った。

管内における振幅の小さな振動流は、テーラー拡散に極めて効果的であり、高頻度換気という新しい呼吸法に適用されている。特に流れの減速期に生ずる乱流が、断面内混合を促進するため、乱流の発生がテーラー拡散を著しく促進していることを実験的に明らかにした。

電気化学的方法で曲がり管内の壁面せん断応力を測定し、二次流れの発達との関連について検討を行った。

大動脈から腎臓に分岐している腎動脈の分岐部は血管病変の多発部位として知られる場所であるため、腎動脈分岐部の流れの様子を明らかにすることが必要とされている。本研究では流れの可視化と電気化学的な方法による壁面せん断応力の分布を測定し、分岐部での流れの様子を調べた。分岐部では流れが剥離して上流側に逆流し、渦を形成しながら下流側に流れて行く。このような流れの様子は分岐部の幾何学的形態に強く依存し、わずかな形態変化でも流れの様子が変わることが明らかになった。

大動脈内の流れは、曲がり管内の間欠流としてモデル化できるので、発達流れについて数値計算を行った。その結果、間欠流の静止期の大きさに応じて次の周期の流れ特に二次流れのパターンが大幅に変化することが明らかになった。従来静止期は余り重要視されなかったが、静止期の長さによって流れのパターンが変わることが明らかになったため、静止期も大動脈の流れを決める重要なパラメータとなった。

曲がり管内の振動流の発達流れに関して数値計算を行い、実験との比較を行った。

微細藻類であるスピルリナ懸濁液を管状リアクター内に流して光合成を行わせ、流動条件と光合成による酸素発生速度との関係を明らかにした。

ラットの腹膜筋における炭酸ガス拡散係数を熱伝導率の測定を行い、ガス拡散と熱伝導との協調について検討を行った。

内頚動脈は大動脈弓と同様曲率の大きな血管として知られている部位で、とくに病変が好発する。病変発生と血流との関連を調べるために内頚動脈をモデル化した曲がり管内の拍動流をレーザードップラー流速計によって計測し、二次流れの加速による壁面せん断応力の空間的変化について検討を行った。

微孔性膜の長期使用における問題を克服する方法として、極めて薄い均質膜を一層微孔性膜の間にいれた複合膜が開発された。そこで、複合膜と均質膜の特性を比較し、人工肺の長期使用への応用の可能性について検討を行った。

人工腎臓において、透析液に十分な酸素を含有させて、血液内に透過させると一つの人工臓器で、腎臓と肺の両方の機能を同時に実現することが可能である。そのような多機能型人工臓器システムの開発を目的にした研究で、特に透析液の透過性と酸素付加との関係に着目した研究。

血液側の対流効果と膜の透過性を改善することにより人工肺全体のガス交換性能を改善した。とくに臨床応用に関して問題となる点について検討を行った。

生体組織から炭酸ガスは溶存炭酸ガスと重炭酸イオンの両方の形で輸送され、溶存炭酸ガスのみで輸送される場合よりも大量の炭酸ガス除去を行うことが可能である。その際重炭酸イオンに解離する反応が関わり合うので、反応熱が存在する。炭酸ガス除去と反応熱除去とが相補的に生じている結果が得られ、生体内の物質移動と伝熱とが密接に関連していることが解った。

血液中の血糖値を長期間モニターするために血管内留置型のコンパクトなセンサーが必要とされている。そのようなセンサーを実現するために、固定化酵素膜を使用したバイオセンサーにおけｒ物質拡散係数を計測し、それらの基礎データを基に生体内留置可能なコンパクトセンサーの設計を行った。

微細藻類の光合成バイオリアクターの酸素発生速度は、流れの状態にも大きく影響することがこれまでの我々の研究で知られている。そこで、流れの条件を簡便な単純せん断流としたときの酸素発生速度について検討を行った。