論文

様々な凍結条件で赤血球懸濁液を凍結させ，そのさいの有効熱物性値と凍結状態との関連を調べた。細胞内外の氷晶形成量の減少を有効温度伝導率の低下としてとらえることができた。また走査型電子顕微鏡で観察した細胞内凍結の状態は有効温度伝導率変化としてとらえられることが明らかにした。

気道内に間欠的振動流を与えた時、流れの間欠性が軸方向のガス輸送を促進する効果があり、新しい高頻度換気の人工呼吸器への応用の可能性を示した。

培養内皮細胞へのアルブミン取り込みについて，特にその輸送ユニットである細胞内顆粒に着目して解析した。細胞内顆粒の輸送はエネルギー代謝に依存することを明らかにした。また細胞内への取り込みにはこの細胞内顆粒の個数または大きさの変化が影響を与えるが，特に個数変化が顕著に変わることを明らかにした。

培養内皮細胞にせん断応力の刺激を与えた時、アルブミンの取り込みがせん断応力依存的に変化するプロセスを明らかにするために、ミトコンドリアの活性状態に着目した。活性状態を識別するため、ミトコンドリアの膜電位を蛍光色素によって観測し、せん断応力による依存性を計測した。

内皮細胞は流れの刺激によって形態や機能を変えるが、流れの力学的刺激も細胞レベルでの微視的な分布を考慮に入れて内皮細胞の応答を考える必要がある。そこで、内皮細胞の１００倍モデルを作成し、その細胞モデル近傍の流れをトレーサー法によって観測するシステムを構築した。その結果、従来一様として求められていた壁面せん断応力とかなり異なるせん断応力の分布であることが解った。

ヒトの気道を三段階までの多分岐管としてモデル化し、多分岐管内の流れを計測した結果、分岐の形状に応じて流れの様子が変わので、それぞれの分岐の形状及び分岐の組み合わせが気道内の流れを支配する要因であることが解った。

大動脈内に生ずる乱流遷移のメカニズムを明らかにするために、乱流遷移での変動速度を基にしたデータをスペクトル解析を行い、渦スケールの変動から乱流エネルギの伝達のプロセスを明らかにすることが出来た。

内皮細胞は流れの刺激によって形態や機能を変えるが、流れの力学的刺激も細胞レベルでの微視的な分布を考慮に入れて内皮細胞の応答を考える必要がある。そこで、内皮細胞の１００倍モデルを作成し、その細胞モデル近傍の流れをトレーサー法によって観測するシステムを構築した。

培養内皮細胞にせん断応力の刺激を与えた時、アルブミンの取り込みがせん断応力依存的に変化することを示した。

伸展性のある壁を持つ気道内の流れとガス輸送性能をに関して数値計算を行い、壁の変形によって二次流れが特異的に現れることを示した。

ブタ培養血管内皮細胞に流れ負荷した時のアルブミン取り込みを，蛍光ラベリングしたアルブミンと共焦点レーザ顕微鏡を併用して調べた。10dyn/cm2程度の低せん断応力の負荷は細胞内へのアルブミンを取り込みを亢進させるが，それより高せん断では逆に取り込みは抑制されるという新知見を得た。

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。特に壁面せん断応力の分布及び二次流れの流れ関数の変化から、収縮期から弛緩期に移行する際の流れの変化について詳細に検討を行った。

気道を非対称の分岐管としてモデル化し、レーザードップラー流速計によって流れを計測し、パルス注入法によって軸方向のガス輸送を計測した。分岐管に生ずる二次流れの断面内混合の影響により軸方向ガス輸送が増加していることが解った。

複数の非対称分岐管からなる気道ガスモデルを用いて，正弦波振動流における局所ガス輸送効率を測定したところ，局所的な流れの状態に依存して局所ガス輸送効率は変化し，また軸方向・各気道間で顕著な差があることが明らかになった。

壁面においてガス吸収をすることを仮定した直円管または分岐管におけるガス輸送の様子を数値解析したところ，ガス輸送が最大200倍程度まで亢進することを明らかにした。これは気道壁内へガスが拡散するのに要する時間とガス移流の周期が一致する条件で最大となった。

分岐部での流れとガス輸送に関して数値計算を行った。ガスの濃度分布から軸方向のガス輸送の速度を求め、実験値と比較した。

培養した内皮細胞に流れの刺激を与えると、アルブミンの取り込みが変化するが、とくに取り込まれたアルブミンの濃度について解析を行った。

培養した内皮細胞に流れの刺激を加えるとカルシュウム分泌が生ずるが、ある細胞で分泌すると隣接する細胞にカルシュウム分泌が伝播し、特徴的な伝播のパターンを形成することが解った。

三段階の分岐管モデル内の流れをレーザードップラー流速計によって計測した結果、分岐管の幾何学的条件の違いにより流れが場所によって大きく変わり、その空間的な不均質性が肺機能の特徴となっていることが解った。

赤血球懸濁液を凍結させ、細胞生存率として赤血球の破壊を表す溶血率を用いて凍結過程と生存との関係を明らかにした。その際凍結した赤血球懸濁液の熱伝導率を測定し、生存率と熱伝導率の変化との関係について検討を行った。