生体素材,組織の構造・構成と力学特性に関する研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04237104
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 阿部 博之 東北大学, 工学部, 教授 (00005266)
• 研究分担者: 安田 和則 北海道大学, 医学部, 講師 (20166507) ; 村上 澄男 名古屋大学, 工学部, 教授 (10023053) ; 升田 利史郎 京都大学, 工学部, 教授 (10026007) ; 立石 哲也 工業技術院, 機械技術研究所, 首席研究官 ; 佐藤 正明 東北大学, 工学部, 教授 (30111371)
• キーワード: 左心室 / 残留応力 / 内皮細胞 / 骨芽細胞 / 機械的刺激 / レオロジー / 構成式 / 膝蓋腱

研究概要

1.収縮期におけるイヌ左心室の残留ひずみをスライス法により計測し,内膜側で圧縮,外膜側で引張の残留ひずみの存在を明らかにした.この結果を,残留応力を考慮した力学モデルに応用し,酸素消費量の分布と調和性の高い応力分布を得た.従来問題になっていた,内膜側の異常な応力集中を大幅に緩和した結果である.(阿部)
2.ウシ大動脈由来の培養内皮細胞を用い,流れの方向が細胞の形態と細胞骨格構造に及ぼす影響について検討し,細胞が流れの方向性をも感知して形態を変化させることを明らかにした.さらに,細胞を疎な状態で培養すると細胞は流れに反応しないことを見いだした.(佐藤) 3.骨の組織形成における機械的刺激の影響を探るため,骨芽細胞様細胞に機械的刺激を負荷し,細胞増殖率および骨芽細胞の活性が有意に高くなること,およびこの刺激がcAMP,cGMP,PGE_2セカンドメッセンジャー系へと伝達されていることを示した.(立石) 4.コラーゲン分子の溶液中での会合による組織化をレオロジー的に調べ,会合と_PHとの関係を明らかにした.また,イヌの頚動脈と腹部大動脈について,血管の組織構造,組織要素が及ぼす力学特性の影響について明らかにした.(升田) 5.興奮収縮連関の素過程の検討を通じて活性化パラメータの発展式を改良し,受動的特性や等尺性収縮時の変形特性のみならず,従来記述困難であった等張性収縮時の収縮量の時間変化を含む種々の条件下での心筋の挙動を記述できる心筋構成式モデルを定式化した.(村上) 6.除負荷は細胞の代謝を介さず凍結処理膝蓋腱の超微細構造を速やかに変化させ,力学的特性を低下させた.一方,負荷は繊維芽細胞の活動を介して,除負荷によって低下した膝蓋腱の力学的特性を回復させた.こうして,代用材料としての自家移植腱は,生体内の力学的環境の影響を受け,旺盛なリモデリングを起こすことが証明された.(安田)

研究成果

• [文献書誌] 木村光男: "カリウム停止心における左心室壁内残留ひずみ" 医用電子と生体工学. 32特. 388- (1994)
• [文献書誌] 阿部博之: "イヌ左心室の残留ひずみの計測" 日本機械学会東北支部講演論文集. 941-2. 37-39 (1994)
• [文献書誌] 阿部博之: "残留応力を考慮した左心室の力学モデルの構築" 日本機械学会論文集. 60-578A. 2452-2458 (1994)
• [文献書誌] M.A.Abd EI-Haleem: "Effects of cholesterol feeding periods on aortic mechanical properties of rabbits" JSME Intl.J.Ser.A. 7. 79-86 (1994)
• [文献書誌] M.Sato: "Flow-induced changes in shape and cytoskeletal structure of vascular endothelial cells" Biorheology. 31. 143-153 (1994)
• [文献書誌] N.Kataoka: "Application of the pipette aspiration technique to the measurement of local elastic moduli of cholesterol-fed rabbit aortas" Theoretical and Applied Mechanics. 43. 233-238 (1994)
• [文献書誌] N.Kataoka: "Flow direction affects shape and cytoskeletal structure of cultured bovine aortic endothelial cells" Proc.the 3rd Int.Symp.on Biofluid Mechanics. 17. 551-556 (1994)
• [文献書誌] 佐藤正明: "〈特集〉血流と内皮細胞 1.血流と内皮細胞の物理的応答概論" 血管と内皮. 4. 9-18 (1994)
• [文献書誌] 佐藤正明: "血液レオロジーと血栓(5)微小循環系における血小板と白血球の挙動" 血栓と循環. 2. 394-397 (1994)
• [文献書誌] T.Tateishi: "Simulator tset of artificial joints" Material Science and Engingneering. 1. 121-126 (1994)
• [文献書誌] 立石哲也: "科学技術の融合化を目指すバイオニックデザイン" 精密工学会誌. 60. 473-474 (1994)
• [文献書誌] 立石哲也: "骨の力学的試験" The Bone. 8. 31-37 (1994)
• [文献書誌] 立石哲也: "関節のバイオメカニクス" リウマチ. 34. 914-920 (1994)
• [文献書誌] 牛田多加志: "高重力負荷に対する骨原性細胞の活性化" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 15. 85-88 (1994)
• [文献書誌] 立石哲也: "新しい生体金属材料" VEGA. 36. 28-29 (1994)
• [文献書誌] 立石哲也: "生体機能の解明と人工組織機構の道" VEGA. 38. 64-65 (1994)
• [文献書誌] 立石哲也: "医用セラミックス複合材料の人工骨・関節への応用" セラミックス. 30. 140-145 (1995)
• [文献書誌] 岡崎義光: "生体用新Ti合金の組織と力学特性に及ぼす熱処理の効果" 日本金属学会誌. 95. 108-115 (1995)
• [文献書誌] Y.Okazaki: "Effect of alloying elements on anodic polarization properties of titanium alloys in acid solution" Materials Transactions,JIM. 35. 58-66 (1994)
• [文献書誌] T.Takigawa: "Time dependent Poisson's ratio of polymer gels in solvent" Polymer Journal. 26. 225-227 (1994)
• [文献書誌] T.Takigawa: "Theoretical studies on the stress relaxation of polymer gels under uniaxial elongation" Polymer Gels and Networks. 2. 59-64 (1994)
• [文献書誌] K.Urayama: "Stress relaxation and creep of polymer gels in solvent under uniaxial and biaxial deformations" Rheologica Acta. 33. 89-98 (1994)
• [文献書誌] 川井正弘: "アルギン酸ゲルのレオロジー的性質" 日本化学会誌. 1994. 108-114 (1994)
• [文献書誌] H.Yamada: "Mechanical evaluation of growth and rupture of abdominal aorta" JSME Intl.J.Ser.A. 37. 181-187 (1994)
• [文献書誌] 田中 英一: "興奮収縮連関を考慮に入れた心筋の力学モデル" 日本機械学会論文集B. 60. 3726-3731 (1994)
• [文献書誌] 田中 英一: "心筋構成式の定式化と左心室のシミュレーション" 日本機械学会講演論文集. 940-37,B. 275-276 (1994)
• [文献書誌] 田中 英一: "心筋モデルと心臓左心室へのその適用" 日本機械学会講演論文集. 95-3. 3-4 (1995)
• [文献書誌] T.Majima: "Deterioration of mechanical properties of the autograft in controlled stress-shielded augmentation procedures" Am.J.Sports Med.22. 821-829 (1994)
• [文献書誌] T.Tsuchida: "Effects of stress shielding on the ultrastructure of the in situ frozen patellar tendon in the rabbit" Trans.Orthop.Res.Soc.19. 638- (1994)
• [文献書誌] H.Ishida: "Does restressing recover the mechanical strength of a patellar tendon autograft reduced by stress shielding?-An experimental study-" Trans.Orthop.Res.Soc.20. 611- (1995)
• [文献書誌] T.Tsuchida: "Effects of stress shielding on the ultrastructure of normal and in situ frozen rabbit patellar tendons-A role of fibroblasts-" Trans.Orthop.Res.Soc.20. 613- (1995)
• [文献書誌] 土田隆政: "除負荷した凍結家兎膝蓋腱における断面積および引張強度の経時的変化" 日本臨床バイオメカニクス学会誌. 15. 321-325 (1994)
• [文献書誌] 佐藤正明(著者分担): "臨床血栓止血学" 医歯薬出版, 489 (1994)
• [文献書誌] T.Ushida(著者分担): "Clinical Biomechanics and Related Research" Springer-Verlag, 495 (1995)
• [文献書誌] K.Yasuda(著者分担): "Clinical Biomechanics and Related Research" Springer-Verlag, 495 (1995)