生体内の対向流型熱・物質交換機能に関する熱工学的研究

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01550175
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 加藤 征三 三重大学, 工学部 (30023229)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丸山 直樹 三重大学, 工学部, 助手 (20209703) ; 宇佐見 勝 三重大学, 工学部, 助教授 (10106974) ; 社河内 敏彦 三重大学, 工学部, 助教授 (10024605)
• Keywords: バイオメカニクス / バイオエナ-ジェティックス / 生物エネルギ-論 / 対向流型熱交換 / 物質輸送 / マイクロサ-キュレ-ション / 生体温度制御 / 迷網循環

Research Abstract

生体系における各種の熱・物質交換機能は機械工学的立場からは極めて精巧で高性能なシステムであり、その交換機能の解明と工学的応用は重要な課題である。ここでは迷網タイプの対向流型の熱・物質交換形態に的を絞り、そのメカニズムを熱工学的に解明し、工学的応用への指針を提示することを目的とする。具体的には次下の点を実施する。
1.生体系内の対向流型熱・物質交換機能に関する文献調査
生体系内の主要な熱・物質交換過程は対向流型であり、哺乳類・鳥類・魚類などの生命活動に不可欠な部位はすべての対向流型である。気体同志の交換や気体液体の交換には生体膜を介したものである。
2.生体膜を介した熱・物質交換機構に関する文献調査
生体膜自体の特性が未だ不明な点が多いが、交換機会の選択性と活動部位の活性化が膜内外の化学ポテンシャル差を生じ、高効率、自己制御型で行なわれる。選択性と活性化はそれに応じた酸素が司るが、特性酵素の出現とセンシングは熱・物質条件に依るので、更に検討したい。
3.微小循環系に関する文献調査
毛細血管内の微小循環系が熱・物質機能に大きな役割をはたすが、血行レオロジ-は未知である。赤血球・血漿のマイクロ循環に関する流体力学と熱力学には非平衡の扱いが重要であり、ぜん動によるポンプ作用や高熱伝導率作用などを含めて、モデル化と計算を実行中である。
4.対向流型熱・物質交換機能の数値計算解析
まず熱輸送を対称としたbioーequationsを形式化し、3.のモデルを導入して対向流型の毛細血管対の熱交換を計算している。血流をMNRによる画像処理計測から推定し、方程式中へパラメ-タを導入している。流動方向の温度勾配は極めて大きいが、垂直方向には逆に小さくなっているのが特長であり、温度制御に有用であることもわかった。

Research Products

• [Publications] 加藤征三: "アルゴンが噴出するプラズマ電離場から抽出する粒子線特性" 日本機械学会論文集. 56. (1990)
• [Publications] 加藤征三,社河内敏彦: "円柱壁面に沿う噴流の流動特性,第2報ノズル幅の影響" 日本機械学会論文集. 56. 662-668 (1990)
• [Publications] 加藤征三,丸山直樹: "Holographic Interferometric Measurernents of the Threeーclimensional Temperature Field with Fhermally Develop.ing Flow in the Measuring Bean Direction." Experimental Thermal and Fluid Science. 2ー3. 333-340 (1989)
• [Publications] 加藤征三,宇佐美勝: "Monte Carlo Simulation of Heat Tranefer from a SpineーFin Through a Rarefied Gas." Prpceedings of the International Symposium on Computational Fluid DynamicsーNagoya. 495-500 (1989)
• [Publications] 加藤征三,丸山直起: "Estimation of Measunement Error due to Light Diflection in Holographic Interferometry" Proceedings of the 3rd ASMEーJSME Thermal Engineering Joint Conference. (1991)
• [Publications] 加藤征三: "Particle Beam Characteristic of Plasma Processes,and Its Diagnosis by the Combined Fime of Flight and Mass Spectrometer Technique." Proceedings of the 17th International Synposium on Ravefied Gas Dynamics. (1990)
• [Publications] 加藤征三: "自然エネルギ-利用学第2章エネルギ-,エクセルギ-,そして電力(担当)" パワ-社, 10( ) (1990)
• [Publications] 加藤征三: "熱エネルギ-システム" 共立, 200 (1991)