生体における合目的的構造の構築機構

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02248103
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 戸川 達男 東京医科歯科大学, 医用器材研究所, 教授 (40013859)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山越 憲一 北海道大学, 応用電気研究所, 助教授 (40014310) ; 永田 晟 早稲田大学, 人間科学部, 教授 (30087069) ; 田中 正夫 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (40163571) ; 神谷 瞭 東京大学, 医学部, 教授 (50014072)
• Keywords: 組織構築 / 血管形態 / ずり応力 / 骨組織 / 応力分布 / 筋収縮 / 運動単位 / 樹木

Research Abstract

本研究は、生体の組織構築における自律分散機能の解明を目的とする。以下に初年度の成果の概要を示す。
1.組織の適応的構築の特徴:生体では、環境条件が変化したとき、適応性の組織の再構築がごく一般的にみられるが、これは工学システムではほとんど実現されていない機能であり、生体機能の解明と同時に、工学的システム設計にも有益な示唆を与えるものであることを指摘した。
2.血管の適応性:血管径が血流量の3乗根にほぼ比例して適応性に変化する性質が、血管内壁のずり応力を検知することで説明される。その機構に関連して、組織培養された血管内皮細胞による実験から、ずり応力に対して細胞内カルシウムが敏感な反応を示すこと、細胞核DNA合成が増加することなどの知見を得た。
3.骨の適応性:骨組織が、力学的環境変化に対して再構築される性質について、従来提案されている各種モデルを比較検討し、ひずみ依存型構築モデルと応力依存型構築モデルに分類されることを指摘し、ここのモデルの妥当性を検討した。また、適応性反応の検知機構として、骨の圧電性などの可能性のある性質について検討した。
4.筋の適応性:トレ-ニングによる筋機能および筋組織の適応性変化について従来の知見をまとめ、筋収縮のモデルから適応のメカニズムについて考察し、また実験的手法として、筋電図などによる運動単位の変容の評価が有効であることを示した。
5.樹木の枝の適応性:樹木の枝の力学的構造を理論的に解析するとともに、成長期の樹木の枝に負荷を加えたときの適応反応の観察を行い、反応がほぼ合目的的であることを確認した。また適応性反応における検知機構について、可能な仮設を検討した。

Research Products

• [Publications] 戸川: "生体組織のリモデリングにおける自律分散機能" 文部省科学研究費補助金重点領域研究 自律分散システム第1回全体講演会論文集. XOOー6ーM2. 143-148 (1990)
• [Publications] 戸川: "循環系機能についてのシステム的考察" BME. 5. 55-62 (1991)
• [Publications] 神谷: "循環系の生体工学ー生体内物質輸送系の機能効率" BME. 5. 1-11 (1991)
• [Publications] 安達、瀬口、森本、田中: "生体硬組織における残留応力測定の試み" 第2回バイオメカニクスカンファレンス講演論文集(日本機械学会). 910ー8. 39-40 (1990)
• [Publications] 永田: "自己回帰モデルを用いた表面筋電図の周波数分析ー運動単位活動様式との関連ー" 日本バイオメカニクス学会編、バイオメカニクス研究90、メディカルプレス. 31-37 (1990)
• [Publications] 馬場、山越、田中: "木本の枝と草本の中空茎における形態と力学的最適構造" 生物物理. 30. S164 (1990)