赤血球の沈降現象について

赤 血 球 の 沈 降 現象 につ い て 1

赤 血 球 の沈 降 現 象 につ いて

群馬大学工 学部

土橋 敏 明,坂 西 明郎

一 昨 年_{,バ ー デ ン ・バ ー デ ン で 開 か れ た 第5回 国 際} バ イ オ レオ ロジ ー学 会 の 折,筆 者 の一 人 は 偶 々 岡 小 天 先 生 と御 一 緒 す る機 会 が あ った 。 そ の 際 に,赤 血 球 の 沈 降 速 度 ―ESR,erythrocyte sedimentation rateの 研 究 に つ い て,物 理 現 象 と し て み て 興 味 深 い 実 験 事 実 が 多 々 あ る こ と,そ の 理 論 的 解 釈 に つ い て は ま だ 分 っ て い な い こ と な ど お 話 しを 伺 った 。 ま た,是 非 我 々 に 実 験 を し て み る よ うに と勧 め て 下 さ っ た 。 そ の 後,岡 先 生 に 桐 生 の キ ャ ンパ ス に 来 て 頂 い て 血 沈 に つ い て 総 説 的 な お 話 し を 聴 い た り,何 回 か 勉 強 会 を も つ 機 会 が 得 られ た 。 そ こ で,化 学 工 学 の 分 野 で も 関 連 す る沈 降 現 象 の 研 究 が サ ス ペ ン シ ョ ン に つ い て 多 く な され て い る こ と を 知 っ た 。 我 々 と し て は,通 常 の 血 液 で はrouleauX形 成 な ど 赤 血 球 同 志 のaggregationの 効 果 が 大 き く現 象 が 複 雑 に な る の で'そ の 影 響 を 避 け て 生 理 食 塩 水 中 に 懸 濁 させ た 赤 血 球 の 沈 降 現 象 に つ い て 先 ず 基 礎 的 な 実 験 を し て み る こ どに し た 。 最 初,市 販 さ れ て い る標 準 のwestergren typeの 血 沈 管 を 用 い て,垂 直 に 立 て た 場 合 に つ い て 行 っ た 。 特 に 注 意 した 点 は,血 沈 管 の 内 径 を 実 測 し 管 径 の よ く 揃 っ た 血 沈 管 を 選 ん だ こ と と,全 血 に 較 べ て 生 理 食 塩 水 中 で は 血 沈 は は る か に 遅 い の で 長 時 間 温 度 を 一 定 に 保 つ た め に 血 沈 管 の 全 体 を 恒 温 水 槽 に 浸 け る と と も に 温 度 制 御 の 精 度 を 上 げ た 。 温 度20℃ で 血 沈 を200時 間 に わ た っ て 測 定 し血 沈 曲 線 全 体 の 挙 動 を 眺 め て み る と,血 沈 管 に お け る媒 質 相 の 長 さ4は 時 間tと と も に 最 初 直 線 的 に 増 加 し,更 に 時 間 が 経 過 す る と赤 血 球 が 下 方 に充 填 す る た め 飽 和 す る。 全 血 を 用 い る 場 合 と の 違 い は 赤 血 球 が 凝 集 す る lag phaseが 存 在 せ ず,ま た 直 線 的 に 増 加 す る 時 間 が 非 常 に長 い こ と で あ る 。10℃,20℃,30℃ で は この よ うに 血 沈 曲線 の ふ る ま い は 単 純 で あ る が,40℃ で は最 初 直 線 的 に増 加 した 後 一 旦 匂 配 が ゆ る く な り,さ ら に 時 間 が 経 過 す る と再 び 匂 配 が 大 き く な る,す な わ ち緩 いS字 型 とな っ た 。 直 線 か らの ず れ は温 度 上 昇 の た め の 赤 血 球 の形 の 変 化 あ る い は 長 時 間 の血 沈 測 定 の 間 に 変 性 が 起 き るた め か も しれ な い 。 沈 降 速 度 は ヘ マ トク リ ッ トHの 増 加 と と も に 小 さ く な る。 初 期 の 匂 配 一 定 の 直 線 部 分 か らESRを 求 め て ヘ マ トク リ ッ ト依 存 性 を 検 討 し て み た 。ESRと ヘ マ ト ク リ ッ トの 関 係 は 指 数 関 数 的 に 減 少 す る 関 数 形 ESR=Aexp(-BH)で 良 く表 わ さ れ た 。 温 度 の 上 昇 と と もに 係 数Aの 値 は 小 さ く な る が,Bは 温 度 に よ らず ほ ぼ 一 定 で あ っ た 。 た だ 回 帰 曲 線 と実 験 点 と の ず れ は 実 験 誤 差 を わ ず か に越 え て お り不 充 分 で あ った 。 さ ら に 良 い 関 数 形 を 見 い 出 し現 象 を 理 解 す る た め に は 理 論 的 考 察 に よ っ て 指 針 を 求 め る必 要 が あ る 。 球 形 粒 子 が 流 体 の 中 を 自 由 落 下 す る と き,定 常 状 態 に お け る速 度 は ス トー ク ス の 式 を 用 い て 表 わ され る。 赤 血 球 懸 濁 液 の 場 合 に は 他 の 粒 子 の 影 響,赤 血 球 の 変 形 能, biconcaveな 形 の 効 果 を 考 慮 して の 形 に 書 き表 わ され る こ とを 既 に 岡 先 生 が 提 案 し て い る。V,Reffは そ れ ぞ れ 赤 血 球 の 体 積,有 効 半 径 で あ り, fは 変 形 能 に よ る パ ラ メ ー タ ー で あ る 。9は 重 力 加 速 度,ρ2-ρ1は 赤 血 球 と懸 濁 液 と の 密 度 差 で あ り,η は 懸 濁 液 の 粘 度 で あ る。 分 散 媒 の 上 昇 流 に よ る減 少 因 子 φ(H)は ヘ マ トク リ ッ トが0%か ら100%へ と 変 化 す る に つ れ て1か ら0へ と減 少 す るべ きパ ラ メ ー タ ー で あ る が,理 論 的 に この 関 数 形 を 導 き 出 す こ とは 難 し い 問 題 で 現 在 ま で な され て い な い。 そ こで,用 い た 赤 血 球 懸 濁 液 の 密 度 と粘 度 を 測 定 し,ESRの 実 測 値 を 用 い て 上 昇 流 の 効 果 を 実 験 的 に 求 め て み た 。 ヘ マ トク リ ッ ト に よ る φ(H)の 減 少 は 指 数 関 数 で よ く表 わ さ れ た 。 ESRの ヘ マ ト ク リ ッ ト依 存 性 が 経 験 的 に 指 数 関 数 で 表 わ され た の は 粘 度 の 対 数 がHの 多 項 式 に 展 開 さ れ る こ と と共 に φ(H)が 指 数 関 数 で 表 わ され る こ と に 起 因 す る と考 え ら れ る。φ(H)の 関 数 形 の 物 理 的 意 味 を 検 討 す る た め に は ア ル ミ粉 末 等 に つ い て 多 くの 研 究 が な さ れ て い る化 学 工 学 の 分 野 の知 識 が 役 立 つ こ と と 思 わ れ る｡ 次 に'血 沈 に 関 す る興 味 深 い 現 象 と し て,血 沈 管 を 傾 け る と沈 降 速 度 が 大 き くな る こ と が 知 られ て い る。 こ の 現 象 は 迅 速 な 血 沈 測 定 な どへ の 応 用 が 期 待 さ れ て い る に も か か わ らず そ の メ カ ニ ズ ム を 完 全 に理 解 す る ま で に 至 っ て い な い 。 そ こ で 温 度20℃,ヘ マ トク リ ッ

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_{Biorheology News Vol. 18 (1985 : 10)}

ト20%の 条件 で血 沈 のふ る まいを観 察す る と,鉛 直 か

らの傾 斜 角 θが20℃ 以上 で血 沈 管 下 側 の 傾 斜 壁 に落

ち遅 れた赤 血球 の尾 が 現わ れた が媒 質 との界 面 はほぼ

水 平 であ った。 血沈 速度 は傾 斜角 の増 加 とと もに大 き

くな り76℃で は鉛直 の場 合 の50倍 以上 で あ り,す でに

5時 間後 には赤血 球 の充填 期 に達 した。 また傾斜 管 に

お け る血 沈 曲線 は充填 期 まで の全体 が滑 らか な曲線 と

な り指 数 関数

l=a[1-exp(-bt)]

で 良 く表 わ さ れ た 。 最 小 二 乗 法 で 決 定 した 係 数a,bは と も に傾 斜 角 の 増 加 関 数 で あ る が,特 徴 的 な こ と はb がsinθ に 比 例 す る こ とで あ る。血 沈 管 に 沿 っ た 媒 質 相 の 長 さlを 測 定 す る こ とは 媒 質 相 の 体 積 の ふ る ま い を 調 べ る こ と に な る。 一 方,媒 質 相 の 鉛 直 距 離h=l COSθ の 角 度 依 存 性 を 調 べ て み た と こ ろ,初 期 匂 配 (dh/dt)0は θ=45°で 最 大 に な り45°に 対 し て 対 称 な 形 に な る こ とが 分 っ た 。 これ ら の 実 験 結 果 を も と に し て,こ れ まで 提 出 され て い る 理 論 の う ち最 も合 理 的 と思 わ れ る 中 村 理 論 と比 較 して み た 。 彼 ら の 考 え は,媒 質 相 の 生 成 は 赤 血 球 相 と媒 質 の 界 面 か ら ば か りで な く沈 降 管 の 上 側 の 傾 斜 壁 か ら も 同 じ速 度v'=v(v'は 鉛 直 な 場 合 の 沈 降 速 度)で お こ りそ れ らの 沈 降 体 積 の 和 が 全 体 の沈 降 体 積 に な る とい うも の で あ る 。 理 論 の 結 果 は 我 々 が 経 験 的 に 求 め た 血 沈 曲 線 の 関 数 形 と 同 じ に な る。 し か も 係 数bは sinθ に 比 例 し,bとsinθ との プ ロ ッ トの傾 き か ら計 算 さ れ るVの 値 も実 験 結 果 に近 い値 で あ っ た 。 ま たhを 指 標 とす る血 沈 速 度 が θ=45°で 最 大 に な り45°に 対 し て 対 称 で あ る こ と も実 験 結 果 を 良 く表 わ し,中 村 理 論 の 考 え方 が 大 筋 で は 正 し い こ とを 示 し て い る 。 し か し中 村 理 論 で 計 算 さ れ る 沈 降 速 度 は 実 験 の 値 に 比 べ て 大 き く,実 験 点 と の ず れ は 時 間 の 経 過 と と も に ま す ま す 大 き く な る。 つ ま り傾 斜 壁 に お け る媒 質 相 生 成 を 大 き く見 積 も りす ぎ て い る の で あ る。 こ の 不 一 致 は,実 験 式 で は 係 数aは 傾 斜 角 の 増 加 と と も に 大 き く な り高 角 度 で は ゆ る や か に 増 加 す るの に 対 し,中 村 理 論 で は45.で 極 小 に な り0° と90°で 無 限 大 に な る こ と に も現 わ れ て い る。 赤 血 球 が 沈 降 す る の に 伴 っ て媒 質 が 上 昇 しな け れ ば な ら な い が そ れ に対 す る抵 抗 は傾 斜 壁 に お け る方 が 媒 質 との 界 面 に お け る よ り大 き い は ず で あ りそ の た め v'はvよ り小 さ く な る は ず で あ る と い う岡 理 論 の 指 摘 が あ り,実 験 か ら得 られ て い るESRの 傾 斜 角 θ依 存 性 を 用 い て 逆 に α(θ)=v'/vを 計 算 し て み た と こ ろ α(θ)は全 角 度 範 囲 で0か ら1の 範 囲 に あ り θ=90で1 に 漸 近 す る とい う合 理 的 な 結 果 が 得 られ た 。 求 め た α(θ)の関 数 形 の 物 理 的 意 味 を 調 べ る こ とは 今 後 の 問 題 で あ る 。 こ の 間 の第8回 日本 バ イ オ レ オ ロ ジ ー学 会 で 発 表 を 終 え た 後,松 信 先 生 と血 沈 に つ い て 雑 談 して い た と こ ろ,傾 斜 管 の 実 験 で 日本 の 草 分 け 的 存 在 の 一 人 で あ り コ ロ イ ド科 学 者 と し て 知 られ る 桂 井 富 之 助 先 生 を 紹 介 し て い た だ い て,興 味 深 い お 話 し を 数 多 く聞 か せ て い た だ い た 。 さ ら に 今 後,血 沈 現 象 に 関 心 を も た れ る人 が 増 え て, 現 象 の 基 礎 的 理 解 が 深 ま る こ とが 期 待 さ れ る 。