血流と血管壁の相互作用解析に基づく血管病成因の数値力学的研究

本研究においては、大変形する大型血管の内部流れの計算流体力学的検討、および、細胞スケールでの流れと細胞の創発的な生物学的反応の計算流体力学モデルによる解析を行った。大変形する大型血管の内部流れの研究では、まず、これまでに我々が開発した、パラメトリックな3次元分岐血管モデル、家兎頸動脈から採取した鋳型による狭窄モデル、イヌ左心室の鋳型によるモデルなどについて、形状データを移植し有限要素法の形式に適合した流体内部の格子形成を行い、壁運動との連成解析を行うための壁要素の追加して格子の最適化を図った。このモデルにおいて、定常および非定常の条件で、血管壁運動と血流の連成計算を行ったが、その計算結果と、これまでに我々が蓄積してきた病理標本における所見との比較においては、計算流体力学で決定される速度と圧力とそれらから導出される諸量、たとえば、壁剪断応力、その時間平均、変動の大きさなどの時間的変化および空間的分布を検討した。細胞スケールでの流れと細胞の創発的な生物学的反応の計算流体力学モデルによる解析においては、創発系としての細胞システムの各種の生理的、物理的性質の検討とそのモデリング、および、この系の適応条件となる流れのモデリングの両面から検討した。とくに、本年度は、自立的に環境条件に適応して機能と形態を変化させる細胞系のモデリングとして、培養内皮細胞を模した、平面基質上の細胞モデル、および、細動脈-動脈レベルの血管内皮を模した細胞モデルについて定常Newton粘性流れおよび非定常Newton粘性流れを用いて計算実験を実施し、計算の過程と結果を可視化し、その生理的あるいは細胞生物学的な意義の考察を考察した。

本研究においては、大変形する大型血管の内部流れの計算流体力学的検討、および、細胞スケールでの流れと細胞の創発的な生物学的反応の計算流体力学モデルによる解析を行った。大変形する大型血管の内部流れの研究では、まず、これまでに我々が開発した、パラメトリックな3次元分岐血管モデル、家兎頸動脈から採取した鋳型による狭窄モデル、イヌ左心室の鋳型によるモデルなどについて、形状データを移植し有限要素法の形式に適合した流体内部の格子形成を行い、壁運動との連成解析を行うための壁要素の追加して格子の最適化を図った。このモデルにおいて、定常および非定常の条件で、血管壁運動と血流の連成計算を行ったが、その計算結果と、これまでに我々が蓄積してきた病理標本における所見との比較においては、計算流体力学で決定される速度と圧力とそれらから導出される諸量、たとえば、壁剪断応力、その時間平均、変動の大きさなどの時間的変化および空間的分布を検討した。細胞スケールでの流れと細胞の創発的な生物学的反応の計算流体力学モデルによる解析においては、創発系としての細胞システムの各種の生理的、物理的性質の検討とそのモデリング、および、この系の適応条件となる流れのモデリングの両面から検討した。とくに、本年度は、自立的に環境条件に適応して機能と形態を変化させる細胞系のモデリングとして、培養内皮細胞を模した、平面基質上の細胞モデル、および、細動脈-動脈レベルの血管内皮を模した細胞モデルについて定常Newton粘性流れおよび非定常Newton粘性流れを用いて計算実験を実施し、計算の過程と結果を可視化し、その生理的あるいは細胞生物学的な意義の考察を考察した。