Effects of greater erythroid Cl-/HCO3- transporter (band 3) expression on ventilation and gas exchange during exhaustive exercise.  

Hsu K* (許淳欣), Tseng WC, Chen LY, Chen PL, Lu YX, Chen YS, Tseng KW, Swenson ER.

Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2023 Jun 1;324(6):L825-L835.

https://journals.physiology.org/toc/ajplung/324/6 [選為六月份期刊封面spot light cover]

研究動機:

米田堡是東南亞常見的紅血球血型，約4.7%台灣人有此血型，與AB型在台灣的比例(6%)相當。紅血球是人體內數目最多的細胞，主要負責呼吸代謝。每顆紅血球細胞膜上有100萬個Cl^-/HCO₃^-陰離子通道蛋白(俗稱band 3)，而每顆米田堡型紅血球上面則有110~120萬個band 3蛋白。因為人體內的二氧化碳(CO₂)主要是以HCO₃^-陰離子形式傳送，band 3傳導HCO₃^-的功能也影響了體內CO₂的代謝速度。我們先前研究發現：擁有米田堡血型的人有著較佳的呼吸代謝功能。而過去半世紀裡，台灣頂尖田徑選手(全國田徑項目前三名且代表台灣參加世界級比賽者) 裡有1~3成是來自阿美族。雖然阿美族人口僅佔台灣總人口的0.7~0.9%，8~9成的阿美族人具有米田堡血型，這比例是全世界最高的。這讓我們假設：是否阿美族的一些體質特性(如：米田堡血型)，可能與優秀的運動表現有關。

解決問題：

此研究方法源自於德國Saarland University運動醫學及血液科學專家Drs. Anne Hecksteden & Lars Kaestner在2017台北世大運後對米田堡的好奇，德方爭取到學校經費派Dr. Sascha Schwindling來台灣教我們如何進行運動呼吸的研究。之後馬偕醫院實驗室開始與臺北市立大學運動能力分析實驗室合作進行此試驗。我們以Cardiopulmonary Exercise Testing (CPET)設備，測量年齡及體能相當的男性運動選手的運動呼吸模式。這些運動員的體型(及BMI)無明顯差異，他們在漸進式的力竭(exhaustive)跑步測驗(即跑步機速度持續增加至選手跟不上跑步機的速度才停止)、同功率的跑速下，排出相同的CO₂量；不過米田堡型選手需較多氧氣，導致呼吸交換率 (respiratory exchange ratio [RER]；即V̇CO₂/V̇O2之比例)較低。通常較低的RER表示無氧耐力較差，不過這些運動員的程度相當(跑到力竭的時間長短無差異)，顯示米田堡型選手在氣體交換及有氧和無氧代謝運用上，與沒有此血型的隊友很不一樣。更明顯的是米田堡選手在運動中的end-tidal pCO₂ (PetCO₂) 及estimated arterial pCO₂ (e_PaCO₂)都比較低、起伏較小；這並非米田堡選手排出較少CO₂，而是每一口氣的吐氣(CO₂)時間比例較長、吸氣時間比例較短。這解釋了為什麼米田堡型的人在一樣的CO₂排放量，其體內的CO₂壓力較低，血液中酸鹼(pH)的波動也會較小。此發現，可以解釋米田堡血型在呼吸代謝上的特殊生理機轉。另一方面，僅紅血球單一基因的變異，竟可以影響到不同生理系統之間的調控，造成個人體質上的差異。不過此研究的發現，無法確切解釋為什麼過往有那麼多優秀的阿美族運動員。Indeed, it should take more than a village to raise an elite athlete!