研究発表

気道形状が高頻度振動換気時のガス輸送に及ぼす影響を調べるために，複数の非対称分岐からなる気道モデルを用いて流れの様子を調べた。強いS字形状を持つ左気管支側では，呼気・吸気とも上流にて発達した強い２次流れによって下流の２次流れの発達が抑制されることが明らかになった。

当研究室にて開発した同軸型小型一酸化窒素電極について，その選択性，線形性，検出限界について検討したところ，窒素酸化物イオンに対する選択性が高く，またサブマイクロモル濃度の一酸化窒素濃度の測定が可能であることが分った。

マウスの足に腫瘍を移植し，重粒子線とX線を照射した際の腫瘍内酸素分圧変化を自作した微小酸素電極により計測した。腫瘍組織内の酸素分圧は重粒子線照射後に上昇し，この上昇は９日間続いた。またこの酸素分圧の一過的上昇はX線照射時にも観察されたが，上昇期間は重量子線と比較して短かった。この酸素分圧上昇は放射線照射後に観察される再酸素化過程を反映しているものと考えた。

培養血管内皮細胞形態を模擬した三角関数モデルを光造形法により作製した。そのモデルを流路内に置き，モデル細胞周りの流れ場を計測し，局所での壁せん断応力を見積もったところ，理論解と定量的に一致することが分った。

内皮細胞へのアルブミン取り込み経路について共焦点レーザ顕微鏡を用いたパルスチェイス実験を行ない調べた。微小管構造を薬物処理により壊すと，アルブミンの細胞内取り込みの最初期過程のみならずエンドソームへの輸送も影響を受けることが分った。

コオロギ尾葉に頻回風刺激を加えると，介在神経細胞での細胞内カルシウムが蓄積的に上昇することを見い出した。またこの上昇に伴って介在神経細胞での興奮性後シナプス電位の頻度と振幅が減少することが明らかになった。こに興奮性後シナプス電位の減少は，介在神経細胞内部のカルシウム上昇をカルシウムキレート剤により抑えると見られなくなった。

ミミズ体壁に引っ掻き刺激を加えた際に生じる巨大軸索の興奮電位伝播を吸引電極法により調べた。頻回刺激により興奮電位伝播の消失（慣れ）が生じることを確認した。また慣れの後で興奮電位潜時の変化を調べたところ，潜時のばらつきが頻回刺激の後で減少することがわかった。この潜時の揃う生理的な意味についてはわかっていない。

ミミズ巨大軸索の外液に，セロトニンまたはドーパミンを加えた際の，体壁への機械引っ掻き刺激により生じた興奮電位伝播速度を吸引電極法に計測した。セロトニンにより伝播速度は可逆的に遅くなり，またドーパミンにより速くなることが明らかになった。また免疫蛍光法にミミズ腹髄神経節にはセロトニンおよびドーパミン含有細胞が多く存在することも明らかになった。

コオロギ最終腹部神経節に存在する巨大介在神経細胞は尾葉に加えられた風刺激情報を統合する役割を担っている。この神経細胞内のカルシウム動員機構について調べたところ，活動電位を発生した時にのみ，細胞内カルシウム濃度上昇が生じることが分った。この細胞内カルシウム上昇は風応答性感覚神経細胞からのシナプス伝達効率の短期間抑制と関連していることから，一過的な細胞内カルシウム濃度上昇がアンチヘビアン型学習を樹状突起上で局所的に行っている可能性を示す。

２重円管型藻類バイオリアクタ内部の藻体の動きと管内半径方向の藻体粒子分布を測定し，光合成効率との関係を調べた。光合成効率は特定流速で最大値を取ったが，その際に半径方向の特定位置に藻体が局在することが明らかにした。

多孔性膜にブタ血管内皮細胞を培養し，この内皮細胞層を透過するアルブミンとイヌリンの量を計測し，せん断応力と内皮細胞層の高分子透過との関係を調べた。

造血幹細胞をマウス骨髄より取り出し，顕微鏡下で凍結過程を無菌的に観察可能な実験系を開発した。この実験系を用い，冷却速度と細胞体積，水透過係数，生存率との関連を調べた。生存率は顕微鏡観察後に，細胞を培地中で培養し，その時に形成されるコロニー数により評価した。

小型微小酸素電極を用いて，低酸素分圧環境でのマルハナバチ呼吸を調べた。胸部空気溜め中の空気は腹部のポンピングにより圧縮され，それにより昆虫体内の酸素分圧を低酸素環境下でも高く保つことができる。

マウスの足に腫瘍を移植し，重粒子線照射した際の腫瘍内酸素分圧を自作した微小酸素電極により計測した。腫瘍組織内の酸素分圧は重粒子線照射後に上昇し，この上昇は９日間続いた。この酸素分圧上昇は放射線照射後に観察される再酸素化過程を反映しているものと考えた。

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。

培養血管内皮細胞形態を共焦点レーザ顕微鏡で計測し，光造形法により実物の100倍モデルを作製した。そのモデルを流路内に置き，細胞周りの流れ場を計測することにより，細胞局所での壁せん断応力を見積もった。

培養内皮細胞での高分子取り込みに対する微少管の役割を明らかにするために，薬物処理により微小管構造を部分的に壊した血管内皮細胞について蛍光標識したアルブミンの取り込みを共焦点レーザ顕微鏡により調べた。

高頻度振動換気法の有用性について検討するために，ウサギ肺を用いて正弦波振動流と間欠流を換気流量波形として用いた時のガス輸送を調べた。同一換気体積では正弦波振動流に対して間欠流では換気が促進し，その割り合いは換気体積が小さくなるほど顕著だった。

ブタ大動脈弓よりおこしたモデルを用い，生理的な拍動流を発生させた場合の乱流生成の過程を調べた。断面の非対称性により大動脈内には螺旋流れがひき起こされていることが分った。またθ＝135°の断面ではテーパにより下行大動脈屁の流速が低下するために乱流生成が抑制されることも分った。

流れによるせん断応力がミトコンドリアのATP産生能に与える影響を調べるために，ミトコンドリア膜電位を蛍光色素JC-1により染色し，低せん断と高せん断を負荷した。低せん断負荷により膜電位差は大きくなり，また高せん断応力により小さくなることが分った。これにより低せん断と高せん断での細胞内へのアルブミン取り込みの二相性は説明することができるかもしれない。