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線虫C. elegansを用いた静水圧負荷に伴う生物応答の研究

渡辺 尚 東北大学

2020.03.25

概要

1.1. 生理的に負荷される静水圧について
生物が活動する上で、からだの各組織や器官には様々な物理的な刺激が負荷されてい る。例えば、筋肉や心臓ではその収縮や伸展に伴う力が、血管の内皮では血流の流れに伴うシェアストレスが、骨格をはじめとする体全体には重力が絶えず負荷されている。これらの物理的な刺激や力は、それぞれの組織や器官の恒常性を維持、また、発達させる上で非常に重要な役割を担っている。逆に、病気に伴う寝たきり状態が長く続くことや宇宙飛行士が宇宙微小重力下に長期滞在することで、骨や筋の急速な萎縮、廃用性萎縮が生じ、様々な心身の機能低下を来すことが知られてきた(Barratt et al., 2008)。

メカノ刺激の 1 つである静水圧とは、静止している液体中の任意の面に作用する圧力 で全ての方向に対して等しい力が付与されている状態のことであり、深海の生き物など は、その深さと液体の密度に応じて全ての方向から均等に圧縮するような圧力(静水圧＝ 水圧)を受けている。人間のからだも、心臓から下に行くほど水圧が強くなり、手足の末端では最も静水圧が高い状態になっている。従って、長い時間にわたって立ち仕事をした際に、足がむくむ状態などは良く知られているが、この現象も毛細血管の内圧(血管静水圧)の上昇に起因するものといえる。

さらに、関節の軟骨組織は含水率が約 70％ と高く剛性も有している(Montagne et al., 2017)ことから、主なメカノ刺激は静水圧の影響として捉えられることができる。すなわち、歩行や運動などの度にかかる加重は、軟骨組織の閉ざされた中では静水圧としての負荷が生じ、この生理的な静水圧は予想以上に大きく、大気圧 0.1MPa の数十から数百倍に及ぶことが知られている。Hodge らは(1986)、股関節の手術により埋め込んだ人工関節に圧力センサーを導入し、術後 1 年以上経過し、通常に戻った状態で、座位から起立した 際、股関節にかかる力を測定したところ、瞬間的には 18MPa の静水圧が負荷されることを明らかにした（ Hodge et al., 1986）。また Afohe らは(1987)、ヒトの股関節にかかる通常の圧力は 3～ 10MPa であると報告されている（ Afohe et al., 1987）。

また、日常の咀嚼時における咬合力に関しては、3～ 6 歳園児 163 人を対象とした調査報告がある。富士フィルム社の圧力測定フィルム(プレスケール)という感圧紙を用いて、画像解析する手法によると園児の平均咬合圧はおよそ 40MPa であり、瞬間的にかかる最大咬合力は、100MPa を超えることも報告されている(Higuchi, 2003)。すなわち、歯茎の組織などには、この咬合力に対する応力として静水圧が負荷されるものと考えられ、この園児のデータの最大値は世界で一番深いとされるマリアナ海溝の最深部 10,911m の静水圧に匹敵する。一方で、この「噛む」という動作により歯茎が丈夫になるとともに、顎の骨や顔の筋肉の発育を促し歯並びにも良い影響が及ぶ。すなわち、通常の生活では無意識的な場合が多い身近なメカノ刺激の１つである生理的静水圧の負荷は、これら組織や器官の恒常性の維持や強化に不可欠であるといえる。

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