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2018 年度 実績報告書

血球バイオメカニクスに基づく微小管網内レオロジーと急性循環障害機序の理解

研究課題

研究課題/領域番号 15H03915
研究機関千葉大学

研究代表者

坪田 健一  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (10344045)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードバイオメカニクス / 血流 / 赤血球 / 微小循環 / ネットワーク流路
研究実績の概要

昨年度に続いて,管路網の構造およぼ血球の変形運動に応じた血流挙動について,マルチスケールバイオメカニクスの観点から以下の検討を進めた.
1.実際の微小血管網構造を模したPDMS微小流路内の血流を計測し,得られた結果について0次元血流モデルを用いた流体解析をした.その結果,管路網の血流では,流れの分岐に応じた作動流体の抵抗変化と,バイパスとしての周囲流路の効果の両方が存在し,その相互作用に応じて流量分配や圧力降下が決まることが分かった.
2.血液の見かけの粘度がヘマトクリットに対して単調増加する式を使い,微小血管網内の非線形なレオロジー特性を調べた.その結果,ヘマトクリットが0.15~0.3程度のときには,血管網における流量分配や圧力降下に大きな差は出なかった.血管径の大きさや個々の血球の影響について,さらなる考慮が必要であることがわかった.
3.赤血球の体積分率(ヘマトクリット)および力学的特性に対する血流挙動の感度を計算機シミュレーションで調べた.その結果,両者が微小循環の血流挙動に無視できない影響を持ち,流路のバイパス機能にも影響を与える可能性があることが示された.
4.実際の臓器における血管網構造に対して,流路構造を数,直径と長さ,分岐数などで定量的にモデル化し,0次元血流モデルを用いた血流解析を行った.その結果,同じ血管の種類や世代の中で,流量や圧力等の流体力学量に分布があることがわかった.

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] In vitro analysis of blood flow in a microvascular network with realistic geometry2019

    • 著者名/発表者名
      Kodama, Y., Aoki, H., Yamagata, Y. and Tsubota, K.
    • 雑誌名

      Journal of Biomechanics

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1016/j.jbiomech.2019.03.022

    • 査読あり
  • [学会発表] Effects of red blood cells on blood flow in micro vessel network: In vitro experiment and computer simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubota, K., Kodama, Y. and Kanai, R.
    • 学会等名
      Joint Meeting of the European Society for Clinical Hemorheology and Microcirculation, The International Society for Clinical Hemorheology and The International Society of Biorheology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Effects of membrane surface viscoelasticity on the tank-treading motion of a red blood cell under shear flow2018

    • 著者名/発表者名
      Tsubota, K.
    • 学会等名
      8th World Congress of Biomechanics (WCB2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 腎臓循環のモデリングと数値シミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      Wei, D.,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] 赤血球および血管網構造が微小循環に与える影響2018

    • 著者名/発表者名
      小玉裕八,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] 細胞膜の粘弾性に応じた赤血球の変形運動2018

    • 著者名/発表者名
      野崎雄太,坪田健一
    • 学会等名
      日本機械学会第29回バイオフロンティア講演会
  • [備考] 千葉大学・バイオメカニクス研究室HP

    • URL

      http://www.em.eng.chiba-u.jp/~bml/index.html

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公開日: 2019-12-27  

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