Die Aufnahme von Sauerstoff (O2) und Elimination von Kohlendioxid (CO2) sind die Hauptfunktionen der Lunge. Während der Atmung wird O2 durch Diffusion aus den Alveolen in das Blut aufgenommen und CO2 abgegeben. O2 wird zum größten Teil chemisch an Hämoglobin gebunden und als Substrat der Energiegewinnung mittels aerober Glykolyse von der Lunge über das kardiovaskuläre System zu allen Zellen des Körpers transportiert. Das im Zellstoffwechsel in den peripheren Geweben gebildete CO2 hingegen diffundiert aus den Zellen ins Plasma. Dort ist CO2 nur begrenzt löslich, kann aber leicht in die Erythrozyten diffundieren. Intra-erythrozytär befindet sich das Enzym Carboanhydrase (CA) in hohen Konzentrationen. Hauptaufgabe dieses Enzyms ist die bidirektionale Umwandlung von Wasser (H2O) und CO2 zu Wasserstoffionen (H+) und Bikarbonat (HCO3-). Das HCO3- wird über die erythrozytäre Membran gegen Chlorid ausgetauscht (Hamburger Shift) und CO2 wird so im Blut größtenteils als HCO3- transportiert. Die im Erythrozyten gebildeten Wasserstoffionen werden an die Seitengruppen des nach der O2-Abgabe reduzierten Hämoglobins (Hb) zunehmend und besser gebunden (Bohr-Effekt). In der Lunge gibt Hb mit der Aufnahme von O2 die gepufferten Wasserstoffionen vermehrt ab (Haldane-Effekt). Aus H+ und HCO3- wird, katalysiert durch die Carboanhydrase, H2O und CO2 gebildet. CO2 kann dann entlang des Druckgradienten in die Alveolen diffundieren und so in der gesunden Lunge hoch effizient abgeatmet werden. Die Carboanhydrase, die extrem dünne Blut-Gas-Schranke, sowie die Größe der Gasaustauschfläche in der Lunge (50-100 m2) und die hohe Löslichkeit von CO2 ermöglichen dies innerhalb der kurzen (0,25-0,75 sec) Passagezeit des Blutflusses durch die Lungenkapillaren. Während die Verteilung des Blutflusses in der Lunge bei Raumluftatmung durch passive (West et al. 1964) und strukturelle (Glenny et al. 2000) Determinanten kontrolliert wird, führen regionale Minderbelüftung (z.B. Pneumonie) und eine Abnahme des atmosphärischen Drucks (z.B. Höhenbergsteigen) über erniedrigte alveoläre Sauerstoffpartialdrücke in den kleinen Widerstandsgefäßen der Lunge zu einer Konstriktion. Diese hypoxische pulmonale Vasokonstriktion (HPV) hat daher ebenfalls eine zentrale Bedeutung für die regionale und globale Blutflussverteilung in der Lunge. In dieser Schrift sind eigene wissenschaftliche Untersuchungen zu den physiologischen Wirkmechanismen und Effekten von Inhibitoren der Carboanhydrase zur Reduktion der hypoxischen pulmonale Vasokonstriktion in vivo zusammengestellt.
