1999 Fiscal Year Annual Research Report
動脈瘤および動脈硬化性病変発生に対する流体力学的学理
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09450083
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山口 隆平 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (90103936)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
氏家 弘 東京女子医大学, 脳神経外科, 助手 (00138869)
工藤 奨 芝浦工業大学, 工学部, 助手 (70306926)
角田 和巳 芝浦工業大学, 工学部, 講師 (70255644)
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| Keywords | 流体工学 / 壁せん断応力 / 分岐管 / 合流管 / 内皮細胞 / 動脈硬化 / 動脈瘤 / バイオメカニクス |
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| Research Abstract |
主要な血管病変である動脈瘤および動脈硬化発生に対する流体力学的機構を解明する.血流の変化の大きい曲管および分岐・合流部に血管病変が好発することから,脳溢血に至る動脈瘤の好発部位として脳細動脈のウイリス輪の主要部である脳前交通動脈,および動脈硬化多発部位である腹動脈からほぼ直角で非対称に分岐する腎動脈への分岐部を対象とし,血管の幾何形状に起因する流れ構造を明らかにする.とくに,血管病変発生に対する流体力学的学理を確立するため,これら血管部位の管壁に直に作用する壁せん断応力の分布およびその勾配を病態生理学的な観点から明らかにする.さらに,血液と動脈壁の界面に位置する血管内皮細胞への壁せん断応力による機能変化を検討する.
(1)定常流および動脈流において脳前交通動脈まわりの速度分布をレーザドップラ流速計により測定し,壁近傍の速度から壁せん断応力を算出し,流動形態を把握した.その結果,動脈瘤発生部位の回りではその勾配が極めて大きく,壁せん断応力の勾配との間の関連を把握している.
(2)腎動脈分岐部をモデル化した直角分岐において,速度分布をレーザドップラ流速計により測定した.その結果,壁近傍の速度分布から算出された壁せん断応力は,動脈硬化が発生する部位と壁せん断応力の勾配との間に強い相関が見られた.さらに,枝管内に周期的な振動が発生することが発見された.この現象は,一様流中に置かれた円柱後流に発生するカルマン渦と相似な現象であることを推察している.
(3)血管内皮細胞への壁せん断応力の影響を検討するため,バックステップ後流における再付着点回りの内皮細胞の形状変化およびコレステロール等の物質取り込みを検討している.その結果,動脈硬化が発生し易いとされる再付着点近傍でのそれら物質の取り込みが回りの部位に比べ有意な差があることを明らかにしている.
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[Publications] 山 口 隆 平: "定常層流における直角分岐管内流れの可視化"日本機械学会論文集B編. 65・634. 1986-1999 (1999)
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[Publications] 山 口 隆 平: "Flow Structure and Variation of Wall Shear Stress in Asymmetrical Branch"Journal of Fluids and Structures. 13. 429-442 (1999)
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[Publications] 佐 藤 正 志: "剥離流れ場における培養内皮細胞のアルブミン取り込み"日本機械学会バイオエンジニアリング学術講演会. 99・36. 41-42 (1999)
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[Publications] 工 藤 奨: "剥離流れ場における培養内皮細胞の高分子取り込みと形態変化"日本機械学会論文集B編. 65・639. 3075-3712 (1999)
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[Publications] 重 田 雅 也: "直角分岐管内流れの壁せん断応力と周期的振動"日本機械学会第12回バイオエンジニアリング講演論文集. 99・37. 175-176 (2000)
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[Publications] 町 田 敏 和: "壁せん断応力による培養内皮細胞内Ca^<2+>の応答変化"日本機械学会第12回バイオエンジニアリング講演論文集. 99・37. 37-38 (2000)
