毛細管内の赤血球運動に及ぼす変形性の影響

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毛細管内における赤血球の運動及びその安全性に及ぼす赤血球変形性の影響について、実験的及び理論的に研究を行った。まず実験的研究では、正常赤血球及び薬物により変形性を劣化させた硬化赤血球のサスペンションをガラス毛細管内に流し、個々の赤血球の挙動をビデオ画像に収録して、運動の違いを顕微鏡下で詳細に調べた。その結果、硬化赤血球はくるくる回転しながら流れ、非定常運動するのに対して、正常赤血球は外力が働いていない場合の円盤状から大きく変形した状態で、ほとんど形状を変えずに定常的に流れていることが観察された。正常赤血球の変形の程度は血管径が細くなる程、そして流速が大きくなる程大きいことが分かった。理論解析では、実際の赤血球に対応して薄膜で囲まれた粒子を赤血球のモデルとして採用し、毛細管内における赤血球の運動及び媒質の流れを流体力学の基礎方程式に基づいて有限要素法で数値解析した。その結果、正常赤血球に対応して内部流体の粘度が低い場合には管内で安定な配置が存在するが、硬化赤血球に対応して内部粘度が高くなると非定常な回転運動が起こることが分かり、実験結果と一致した。即ち、赤血球の変形性は管内に於ける赤血球配置の安定性に寄与していることが実験的にも理論的にも示された。更に、毛細管の径が小さくなって赤血球の大きさと同程度になった場合について解析を行ったところ、硬化赤血球の場合でも流体力学的な壁効果によってある赤血球配置に漸近する可能性があることが示されたが、実験的には確かめられなかった。