生体組織が有する最適設計性の解析と工学設計への応用のための基礎研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08044147
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 林 紘三郎 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (90026196)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): RACHEV Alexa ブルガリア科学アカデミー, 力学研究所, 教授 ; MEISTER Jean スイス連邦工科大学, 教授 ; 宮崎 浩 大阪大学, 基礎工学部, 助手 (00263228) ; 藤江 裕道 大阪大学, 基礎工学部, 助教授 (20199300) ; 田中 正夫 大阪大学, 基礎工学部, 教授 (40163571)
• Keywords: バイオメカニクス / 生体組織 / 残留応力 / リモデリング / 機能的適応 / 最適設計

Research Abstract

生体は合目的的に最適設計されており、さらに力学的環境の変化に対して機能的に適応し、最構築(リモデリング)することが知られている。本研究では、これらの現象と機構を解析し、医学及び工学に応用することを目的とする。
本年度は、昨年度に策定し、作成した研究計画に則って具体的研究を開始した。まず、培養マクロファージに繰り返し力学的負荷を作用せせるとその機能が変化すること、培養コラーゲン線維の強度維持には適当な応力負荷が必要でありこと、平滑筋活性化動脈の力学的性質と残留応力には成長と加齢が影響を与えること、長期間の運動負荷によって骨の強度と硬さが増加すること、間接靭帯は力学的に最適設計されていること、などが明らかになってきた(大阪大学)。さらに、血圧と血流量の変化による動脈弾性と残留応力の変化に関する実験を進めた(大阪大学、スイス連邦工科大学)。
これらの実験結果の意味と意義を解析するために、成長と加齢による動脈の組織の変化に関する検討(王立ロンドン病院医科大学)、活性化動脈の残留応力発生機構の力学解析(ブルガリア化学アカデミー、大阪大学)、力学負荷に対する細胞応答の物理学的解析と動脈残留応力発生メカニズムのシステム工学的解析(スイス連邦工科大学)を進めた。
また、医学と工学への応用に関しては、運動負荷による骨強度の変化の実験結果を、人工関節移植骨の有限要素法応力解析に応用する(スイス連邦工科大学)とともに、関節の最適設計性の観察をもとに、工学設計法の開発研究を開始(大阪大学)した。

Research Products

• [Publications] 山本 義晃, 宮崎 浩, 林 紘三郎: "平滑筋活性動脈室の力学的特性に及ぼす収縮モードの影響" 日本教育学会第10回バイオエンジニアリング諸活会諸法論文集. 97-72. 356-357 (1998)
• [Publications] K.Hayashi 他: "Biomechanic Systems,Technigues,and Applicaticus" Gorden and Breach Publishess(印刷中),