生体における合目的的構造の構築機構

本研究は、生体の組織構築における自律分散機能の解明を目的とする。以下に初年度の成果の概要を示す。1.組織の適応的構築の特徴:生体では、環境条件が変化したとき、適応性の組織の再構築がごく一般的にみられるが、これは工学システムではほとんど実現されていない機能であり、生体機能の解明と同時に、工学的システム設計にも有益な示唆を与えるものであることを指摘した。2.血管の適応性:血管径が血流量の3乗根にほぼ比例して適応性に変化する性質が、血管内壁のずり応力を検知することで説明される。その機構に関連して、組織培養された血管内皮細胞による実験から、ずり応力に対して細胞内カルシウムが敏感な反応を示すこと、細胞核DNA合成が増加することなどの知見を得た。3.骨の適応性:骨組織が、力学的環境変化に対して再構築される性質について、従来提案されている各種モデルを比較検討し、ひずみ依存型構築モデルと応力依存型構築モデルに分類されることを指摘し、ここのモデルの妥当性を検討した。また、適応性反応の検知機構として、骨の圧電性などの可能性のある性質について検討した。4.筋の適応性:トレ-ニングによる筋機能および筋組織の適応性変化について従来の知見をまとめ、筋収縮のモデルから適応のメカニズムについて考察し、また実験的手法として、筋電図などによる運動単位の変容の評価が有効であることを示した。5.樹木の枝の適応性:樹木の枝の力学的構造を理論的に解析するとともに、成長期の樹木の枝に負荷を加えたときの適応反応の観察を行い、反応がほぼ合目的的であることを確認した。また適応性反応における検知機構について、可能な仮設を検討した。

本研究は、生体の組織構築における自律分散機能の解明を目的とする。以下に初年度の成果の概要を示す。1.組織の適応的構築の特徴:生体では、環境条件が変化したとき、適応性の組織の再構築がごく一般的にみられるが、これは工学システムではほとんど実現されていない機能であり、生体機能の解明と同時に、工学的システム設計にも有益な示唆を与えるものであることを指摘した。2.血管の適応性:血管径が血流量の3乗根にほぼ比例して適応性に変化する性質が、血管内壁のずり応力を検知することで説明される。その機構に関連して、組織培養された血管内皮細胞による実験から、ずり応力に対して細胞内カルシウムが敏感な反応を示すこと、細胞核DNA合成が増加することなどの知見を得た。3.骨の適応性:骨組織が、力学的環境変化に対して再構築される性質について、従来提案されている各種モデルを比較検討し、ひずみ依存型構築モデルと応力依存型構築モデルに分類されることを指摘し、ここのモデルの妥当性を検討した。また、適応性反応の検知機構として、骨の圧電性などの可能性のある性質について検討した。4.筋の適応性:トレ-ニングによる筋機能および筋組織の適応性変化について従来の知見をまとめ、筋収縮のモデルから適応のメカニズムについて考察し、また実験的手法として、筋電図などによる運動単位の変容の評価が有効であることを示した。5.樹木の枝の適応性:樹木の枝の力学的構造を理論的に解析するとともに、成長期の樹木の枝に負荷を加えたときの適応反応の観察を行い、反応がほぼ合目的的であることを確認した。また適応性反応における検知機構について、可能な仮設を検討した。