筋線維とその周辺構成要素との相互作用に基づく筋組織の力学的挙動の記述に関する研究

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本研究では平滑筋を豊富に含む筋型動脈等の筋組織を含む生態軟組織の力学的挙動について,筋線維と線維間に存在する結合組織が作る内部構造の力学的挙動への影響を検討した.まず理論的検討の対象として,平滑筋を含む動脈の活性状態での筋線維の力学的挙動を選んだ.動脈は弾性線維・膠原線維および平滑筋が主な構成要素で,前二者は壁内に網目構造を作り,平滑筋線維は壁内に配向性を有している.モデル化の際には,平滑筋の活性化に伴う収縮力は配向方向に生じ,他の方向については非圧縮性による伸縮の影響が生じるものと考えた.また結合組織の挙動は活性・非活性状態とも非圧縮の超弾性体で表現し,筋線維との間の連成については,筋組織と他の弾性組織に生じる変形が巨視的に等しいものと仮定し,組織の非圧縮性による変形によって筋の発生力の影響が他の組織に生じるものと考えた.平滑筋の力学的挙動は筋線維の長さと活性化レベルに依存した発生力を生じるモデルで記述した.その結果,血管の収縮に伴って,壁内の位置によって異なる収縮量の違いを考慮することができ,壁内の平滑筋の配向を仮定した円周方向の応力分布では強い収縮によって内壁側で圧縮応力が見られる場合のあることがわかった.また局所的な組織の性質を明らかにするために,小さな断面積の筋組織に生じる微小な収縮力と変形を測定する装置の組立を行った.本装置は高集積型CCDカメラ,ミクロン・オーダーの位置制御のできるステージおよびグラム以下のオーダーの微小荷重測定用ロードセルを用いており,従来の大きな単位の筋組織の計測に比べて,精度よく局所の応力-ひずみ関係を明らかにできる.