経気道・経皮暴露リスク評価を可能とする室内環境解析用の数値人体モデルの開発

• 研究課題/領域番号: 18J21307
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 建築環境・設備
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 久我 一喜 九州大学, 総合理工学府, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円); 2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2019年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2018年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 経気道暴露 / 経皮暴露 / CFD / PBPKモデル / 数値気道モデル / 数値人体モデル / 室内空気質

研究実績の概要

令和2年度は，これまで開発してきた数値流体力学CFDを基礎とする経気道・経皮暴露リスク評価用の数値人体モデルを適用し，米国等で流行している電子煙草でのマリファナ吸引による1次暴露から2次暴露までを連続的に解析した．これまで電子煙草の代表的な汚染物質であるホルムアルデヒドやニコチンなどの各種揮発性有機化合物を対象に解析を行ってきたが，マリファナに含まれるテロらヒドロカンナビノール（THC）を対象として拡張を行った．結果としてTHCの吸入による経気道吸収率はニコチンと類似し非常に高い値を示した．更に，非喫煙者による2次暴露においても，THCはニコチンと類似した値を示した．また，経皮暴露量は，経気道暴露量と同様に大きな値を示し，経皮暴露が重要な暴露経路であることが示された．また，我々の数値解析モデルは気相領域と気道内組織や皮膚組織内の濃度分布を連成させながら解くため，数値解析の安定上，高々数秒の流体現象を数十日の計算で再現することになり，解析の予測精度を落とすことなく，解析を高速化することが喫緊の課題であった．これに対応して，気相内領域と組織内領域での解析の連成頻度を調整することで，解析の予測精度を落とすことなく計算速度を数倍にすることを可能にした．これよって，経気道・経皮暴露リスク評価を可能とする室内環境解析用の数値人体モデルが境界条件を変化させたパラメトリック解析に適用可能になっている．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Pair approximation model for the vaccination game: predicting the dynamic process of epidemic spread and individual actions against contagion (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuga Kazuki, Tanaka Masaki, Tanimoto Jun
  • 雑誌名: Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 巻: 477 号: 2246 ページ: 20200769-20200769
  • DOI: 10.1098/rspa.2020.0769
  • 査読あり
• [雑誌論文] A numerical investigation of the potential effects of e‐cigarette smoking on local tissue dosimetry and the deterioration of indoor air quality (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuga Kazuki、Ito Kazuhide、Chen Wenhao、Wang Ping、Kumagai Kazukiyo
  • 雑誌名: Indoor Air 巻: - 号: 5 ページ: 1018-1038
  • DOI: 10.1111/ina.12666
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The impact of information spreading on epidemic vaccination game dynamics in a heterogeneous complex network- A theoretical approach (2020)
  • 著者名/発表者名: Kabir KM Ariful、Kuga Kazuki、Tanimoto Jun
  • 雑誌名: Chaos, Solitons & Fractals 巻: 132 ページ: 109548-109548
  • DOI: 10.1016/j.chaos.2019.109548
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Can the inhalation exposure of a specific worker in a cross-ventilated factory be evaluated by time- and spatial-averaged contaminant concentration? (2019)
  • 著者名/発表者名: Alicia Murga, Kazuki Kuga, Sung-Jun Yoo, and Kazuhide Ito
  • 雑誌名: Environmental Pollution 巻: 252 ページ: 1388-1398
  • DOI: 10.1016/j.envpol.2019.06.056
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three-strategy and four-strategy model of vaccination game introducing an intermediate protecting measure (2019)
  • 著者名/発表者名: Alam Muntasir、Kuga Kazuki、Tanimoto Jun
  • 雑誌名: Applied Mathematics and Computation 巻: 346 ページ: 408-422
  • DOI: 10.1016/j.amc.2018.10.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of SIR epidemic model with information spreading of awareness (2019)
  • 著者名/発表者名: Kabir, K. M. A., Kuga, K,, Tanimoto, J.
  • 雑誌名: Chaos, Solitons & Fractals 巻: 119 ページ: 118-125
  • DOI: 10.1016/j.chaos.2018.12.017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of information spreading to suppress the disease contagion on the epidemic vaccination game (2019)
  • 著者名/発表者名: Kabir K.M. Ariful、Kuga Kazuki、Tanimoto Jun
  • 雑誌名: Chaos, Solitons & Fractals 巻: 119 ページ: 180-187
  • DOI: 10.1016/j.chaos.2018.12.023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] To vaccinate or not to vaccinate: A comprehensive study of vaccination-subsidizing policies with multi-agent simulations and mean-field modeling (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuga Kazuki、Tanimoto Jun、Jusup Marko
  • 雑誌名: Journal of Theoretical Biology 巻: 469 ページ: 107-126
  • DOI: 10.1016/j.jtbi.2019.02.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 呼吸器系統合型数値人体モデルを用いた電子煙草(e-Cigarette)使用に伴う1次・2次暴露リスクの定量評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: KUGA Kazuki、YOO Sung-Jun、ITO Kazuhide
  • 雑誌名: 日本建築学会環境系論文集 巻: 83 号: 754 ページ: 1005-1013
  • DOI: 10.3130/aije.83.1005
  • NAID: 130007599064
  • ISSN: 1348-0685, 1881-817X
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of imperfect vaccination and defense against contagion on vaccination behavior in complex networks (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuga, K, Tanimoto, J.
  • 雑誌名: Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment 巻: 2018 号: 11 ページ: 113402-113402
  • DOI: 10.1088/1742-5468/aae84f
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Physiological responses and CO2 emission of humans at thermally warm temperature and reduced air quality (2020)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Kuga, Kazuhide Ito, Pawel Wargocki
  • 学会等名: 16th Conference of the International Society of Indoor Air Quality & Climate
  • 国際学会
• [学会発表] CO2 Emission Rates from Humans at Light Activity (ICHEAR project) (2020)
  • 著者名/発表者名: Mitsuharu Sakamoto, Kazuki Kuga, Kazuhide Ito, Gabriel Beko, Jonathan Williams, Pawel Wargocki
  • 学会等名: 16th Conference of the International Society of Indoor Air Quality & Climate
  • 国際学会
• [学会発表] Three Dimensional Clothing Model integrated with Computer Simulate Person for Computational Fluid Dynamics Simulation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yujin Kang, Kei Murota, Kazuki Kuga, Sung-Jun Yoo, K Takenouchi, Shin-ichi Tanabe, Kazuhide Ito
  • 学会等名: 16th Conference of the International Society of Indoor Air Quality & Climate
  • 国際学会
• [学会発表] Flow and hygrothermal transfer analysis in three dimensional clothing model integrated with computer simulate person (2020)
  • 著者名/発表者名: Kei Murota, Yujin Kang, Kazuki Kuga, Sung Jun Yoo, Kazuki Takenouchi, Shin Ichi Tanabe, Kazuhide Ito
  • 学会等名: 16th Conference of the International Society of Indoor Air Quality and Climate: Creative and Smart Solutions for Better Built Environments, Indoor Air 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Comparative inhalation exposure/toxicology analysis of e-cigarette vapors with different puffing behaviors using PBPK-CSP-CFD approach (2019)
  • 著者名/発表者名: Kuga Kazuki
  • 学会等名: IAQVEC
  • 国際学会
• [学会発表] Assessment of E-cigarette smoking using in silico human respiratory tract model integrated with coupled PBPK-CFD analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuga Kazuki
  • 学会等名: Roomvent-Ventilation 2018
  • 国際学会