血管壁面におけるリポ蛋白の局所濃度に及ぼす流れの影響

• Project/Area Number: 09780786
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biomedical engineering/Biological material science
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 和田 成生 北海道大学, 電子科学研究所, 講師 (70240546)
• Project Period (FY): 1997 – 1998
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1998)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 1998: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1997: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 計算バイオメカニクス / 血流 / 物質輸送 / 実形状 / 動脈硬化 / 局在化 / リポ蛋白質 / 濃縮現象 / 物資輸送 / 内膜肥厚 / リポ蛋白 / 水透過速度 / 濃縮 / コンピュータ・シミュレーション

Research Abstract

粥状動脈硬化症などの肥厚性血管病が動脈血管系に限局的に発症するメカニズムを解明するために,肥厚性血管病を引き起こすコレステロールの担体である低密度リポ蛋白質(LDL)の輸送に着目した解析を行った.種々の血管形状において,血管内を流れる血液から血管壁へのLDLの輸送現象を数値シミュレーションにより解析し,血管壁へのLDLの取込み量に直接的に影響を及ぼす血管内壁面におけるLDLの濃度分布と動脈硬化の好発部位との関係について検討を行った.
1. 動物実験による検討
家兎総頸動脈に紐で緩い軸対称の狭窄を施した後,低濃度のコレステロール食を与えて8〜14週間飼育し,狭窄部近傍の組織構造の変化を調べた.その結果,狭窄部下流側に局所的に内膜肥厚が生じることがわかった.同程度の狭窄を有する血管形状モデルに基づいて流れとLDLの輸送計算を行った結果,壁せん断応力が低い部位を中心に内膜肥厚が生じ,そうした部位ではLDLの壁面濃度が局所的に高くなることがわかった.
2. 実形状モデルに基づく検討
血管壁が局所的に肥厚したヒト右冠状動脈および端々吻合を施したイヌ大腿動脈を透明化し,血管形状および血管壁の厚さを測定した.得られた血管形状に基づいて血液の流れとLDL輸送の計算を行い,LDLの壁面濃度と血管壁の厚さとの関係について検討を行った.その結果,湾曲部内側や吻合部下流側などの壁せん断応力が低い部位で血管壁が肥厚し,その部位の直下でLDLの壁面濃度が局所的に高くなることがわかった.
以上の結果から,肥厚性の血管病が好発する部位として知られている壁ずり応力が低い領域では,LDLの壁面濃度が高くなり,それにより肥厚性の血管病が発症・進展する可能性が強く示唆され,血管内壁面における選択的な物質透過性に起因するLDLの流速依存性濃縮現象が,肥厚性血管病が局在化するメカニズムに深く関与していることが明らかとなった.

Research Products

• [Publications] 和田成生: "外膜を剥離した家兎総頸動脈の管壁における水透過速度と組織構造の変化" 電子情報通信学会技術研究報告. 98・135. 51-57 (1998)
• [Publications] Shigeo Wada: "The effect of flow patterns on the surface concentration of LDL in vessels of various geometry" Abstract of 3rd World Congress of Biomechanics. 27 (1998)
• [Publications] 和田成生: "外膜を剥離した家兎総頸動脈の管壁構造の変化に及ぼす水透過速度の影響" 日本機械学会講演論文集. 98-3. 259-260 (1998)
• [Publications] 糀屋 睦: "端々吻合を施したイヌ大腿動脈内の血流とリポ蛋白輸送の数値シミュレーション" 日本機械学会講演論文集. 98-2. 179-180 (1998)
• [Publications] 和田成生: "回転走査型二重回折光学系を用いた生体模擬血管内を流れる物質の濃度分布の測定" 電子科学研究. 6. 42-46 (1999)
• [Publications] 和田 成生: "実形状に基づいて計算された血管内壁面上におけるリポ蛋白濃度と内膜肥厚の好発部位との関係" 日本機械学会講演論文集. (印刷中). (1999)
• [Publications] Shigeo Wada: "Optical monitoring of the concentration profile of submicron latex particles in flow through a translucent water-permeabl tube -A model experiment for a demonstration of flow-dependent concentration polarization of plasma proteins at a blood/endothelium boundary-" Proceeding of SPIE. (in Press). (1999)
• [Publications] Shigeo Wada: "Optical measurements of the concentration profile of macromolecules at the luminal surface of a semipermeable vessel wall" Abstract of ASME Summer Bioengineering Conference. (in Press). (1999)
• [Publications] Shigeo Wada: "Relationship between wall shear stress and surface concentration of lipoproteins calculated for a multiple bend of the human right coronary artery" Abstract of ASME Summer Bioengineering Conference. (in Press). (1999)
• [Publications] 斉藤 香織: "血管内壁近傍における低密度リポ蛋白分子の濃度分布(シミュレーションによる理論的検討とモデル実験による検証)" 日本機械学会講演論文集. No.97-1. 264-265 (1997)
• [Publications] 和田 成生: "軸対称狭窄作製による血管壁の構造変化とフローパターンとの関係(動物実験による観察および流速依存性濃縮現象に基づく理論的検討)" 電子科学研究. 5. 89-91 (1997)
• [Publications] Shigeo Wada: "The effect of flow patterns on the surface concentration of LDL in vessels of various geometry" 3rd World Congress of Biomechanics. (5). in press (1998)