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毛細血管の謎を解明
私達の体には生きていくのに必要な心臓や血管、脳や神経など
たくさんの組織があります。
それらは生体システムとして連携しながら機能していますが、
その働きについてはわかっていないことも多くあります。
生命科学科システム生理学研究室ではそのなかでも「血液循環
システム」の解明を目的とした研究を行っています。
そもそもなぜ私たちの体には血液が流れているのでしょうか、
その目的は「細胞組織への栄養補給」と「老廃物の回収」で
あります。
中でも最も重要なのは、体の隅々まで酸素を届けることです。
その役割を担っているのが、直径0,01mm以下の毛細血管です。
この毛細血管を中心としたミクロの世界での血液循環は微小循環
と呼ばれています。
心臓の大きさや大動脈の太さはその動物によって異なります。
例えば体重4tを超えるゾウと30g程のネズミを比較すると、
心臓や大動脈の大きさには10万倍もの違いがあります。
しかし、毛細血管に注目するとその太さや配置はゾウもネズミ
も変わりません。
これは毛細血管から細胞組織への酸素の供給が、「拡散」という
物理現象で行われている為です。
すべての組織に酸素が届き、且つ必要最小限の血液量に抑える
ため、最も効率的に酸素を供給できるよう、デザインされて
います。
その結果、毛細血管は体の大きさに関係なく、ほぼ同じ大きさ
や配置になっています。
生体内で、しかもミクロの世界と言うこともあり、酸素供給の
現象を観察することは難しい事です。
そこで最新のレーザー技術を利用し、毛細血管を流れる血液中の
酸素を光らせることによって、血管から酸素が拡散していく様子
を視覚的にとらえることに成功し、その結果意外なことが判明
いたしました。
デンマークの生理学者が100年前に発表して以来、今日に至る
まで「酸素は毛細血管から供給される」と考えられていました。
しかし前述の方法で血液中の酸素濃度を測定していくと、毛細
血管の上流に位置する「細動脈」という血管で、すでに血液中の
酸素濃度が大きく低下していることがわかりました。
酸素が毛細血管から供給されるのであれば、この結果はありえない
はずです。
そこで細動脈周辺の酸素の働きをさらに詳しく調べたところ、一つ
の結論に達しました。
運動時、筋肉組織が大量の酸素を必要としているときはすべての
毛細血管に血液が流れ、酸素が勢いよく供給されます。
一方で安静時のように、少量の酸素で十分な場合は毛細血管の血流
を少なくし、その上流の細動脈から必要最小限の酸素を供給している
のではないかということになります。
さらに毛細血管に血液を流すかどうかをコントロールしているのも
細動脈自身で行われています。
細動脈の働きにより、血液は必要な時に、必要なだけ流れている
ことがわかりました。
しかし何らかの原因で、組織が大量の酸素を使い、細動脈による血液
供給能力の限界を超えてしまうとどうなるのでしょうか？
私達の体はこのような非常事態が起きると、自ら毛細血管を作り出し、
酸素不足を防ぐ仕組みを備えています。
この「血管新生」の仕組みを「再生医療」に応用できないかと
考えています。
「再生医療」とは、細胞の培養などにより、病気やけがで失われた
体内組織を再生させることです。
最近では幹細胞を中心とした研究が活発に行われており、「臓器の再生」
なども実現してきました。
しかし、せっかくこれらの再生臓器が出来ても、体に移植して、
それらに酸素や栄養を供給することが出来なければ生きて行けません。
血管新生の仕組みを解明し、移植後の臓器への栄養補給の方法の
確立を目指しているところです。
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