生命体中氧的吸入和运输

哺乳动物一般都靠口、鼻、肺等组成的呼吸系统进行呼吸来吸氧，而青蛙等动物可以利用皮肤呼吸，鱼儿利用鳃呼吸但也有用皮肤的，如塘角鱼（一种鲇鱼，它们具有鳃上呼吸辅助器官和皮肤呼吸功能）。

对于人体来说，氧是通过肺部（也通过皮肤）扩散进入血液的，吸入的空气进入肺泡后，肺泡内氧气分压就达到102毫米汞柱，而此时肺毛细血管内氧分压为40毫米汞柱。

血液是氧的运输工具，氧到达血液后跟红细胞（其90%由血红蛋白组成）中的血红蛋白（Hb）相结合，并放出氢离子：

HHb＋＋O2—→HbO2＋H＋（其逆向反应发生在组织里）

每个血红蛋白分子由1分子球蛋白和4分子亚铁血红素组成结合蛋白。球蛋白由四条肽链（两条α、两条β）构成，每条肽链上都结合一个含Fe2＋的血红素。每一个亚铁离子结合一个O2，因此，每个血红蛋白分子可结合四个O2，即每克血红蛋白可结合1.34～1.36毫升氧。在血红蛋白结合氧之后，血液流向体内的组织和各细胞，在那里发生葡萄糖的氧化反应，生成二氧化碳，二氧化碳溶于血中，跟水作用又生成氢离子，同时还生成了：

结果氢离子又能使得上面那个氧与血红蛋白结合的反应的逆反应得以进行，放出氧气，来供应各组织和细胞的需要。在肺部的氧与血红蛋白结合时产生的氢离子，此时就与血液循环中已结合了血红蛋白的相作用，生成了二氧化碳，再由肺部排出体外：

这个过程告诉我们，氧并不是简单地溶解于血中。如果仅仅是溶解，那么100毫升血液只能溶解0.33毫升的氧，而实际上动脉血所含的氧是每100毫升血中有20.0毫升氧，静脉则是14.0毫升氧，这就意味着，每100毫升血可向周围组织释放5～6毫升的氧。如是激烈运动，每100毫升血还可向组织释放15毫升的氧。再加上心脏对血液的输送加快，因而输氧的速度会比平时增加近15倍。

除了在血液里装载和卸去氧，血红蛋白还有第二种功能：作为血液中一种重要的酸-碱缓冲剂。它通过吸收游离的（酸性的）氢离子以维持正常的pH值平衡来实现此功能。

要注意的是血红蛋白也能够结合二氧化碳和一氧化碳。与氧相比，它甚至更容易跟一氧化碳结合。一氧化碳一旦跟血红蛋白结合，就会阻止它与氧结合，结果是血液携带的氧总量减少，严重的就危及生命。

存在于肌肉中的肌红蛋白能结合血液中释放出来的氧，储存并运输到组织里使葡萄糖氧化并产生能量。肌红蛋白对氧的亲合力要大于血红蛋白，因此有利于氧在肌肉毛细血管中的输送。

血红蛋白分子是个庞大的分子，约有10000个原子，其中包括4个血红素和肽链。血红素是含铁的卟啉化合物，卟啉由四个吡咯环组成，铁原子位于卟啉环的中央，它是血红蛋白及细胞色素等的辅基，具有重要的生理功能。血红蛋白的每一个铁原子，都能跟一分子氧结合。每个红血球内的血红蛋白因此可携带10亿个氧分子，在动脉里由于携氧呈鲜红色，在静脉里由于携二氧化碳（由结合在氨基链上）而呈紫红色。人的血液是在不断再生的，血红蛋白也随着产生，人体内如缺铁，制造血红蛋白的功能受阻碍，就会产生贫血。人一旦如果因受伤失血过多，血液自然不会立即再生，血红蛋白的大量减少就会影响到氧的输送，此时就需要输血，这个输血其实就是输氧。

如果人能够增加血液中红细胞（又称红血球）的数量，那么血液携带氧气流经全身的能力就会增强。一些运动员为此想出了注射一种促红细胞生成素（EPO）的办法，这就等于是往其血液里加入了额外的红细胞。EPO是一种激素，当我们在高海拔地区（那里氧气稀少）或经受贫血的痛苦时，它可用于增加红细胞数。可是，当它作用于一个健康的身体时，红细胞数的急剧升高使血液变得黏稠，这就对心脏的搏动增加了很大的负担。国外的一些著名自行车运动员曾经由于使用了EPO而在非常年轻的时候就死于冠状动脉痉挛，他们是为了赢得比赛，但结果是付出了宝贵的生命。

血红细胞输氧的重要功能显然是与人体的健康密切相关的，当然也与人体的衰老相关。科学研究人员通过大量显微检测发现：青少年的血红细胞大都圆润透亮、大小均匀、分散活跃；而大多数中老年人的血红细胞往往干瘪灰暗、结团成串、变异畸形，呈现出脱水衰老的状况。变异粘连的血红细胞很难流过人体组织器官的毛细血管和末端部位，就造成微循环下降，从而导致了人体器官和组织细胞的氧气和养分供应不足；另一方面又会引起体内和血液中的废物和毒素无法正常代谢，进而就会导致人体组织和器官种种衰老和病变现象的产生。

血红蛋白的血红素分子有11个双键，共轭双键吸收可见光后使得血红蛋白呈红色。事实上，血红蛋白在氧合状态和脱氧状态下由于构象的变化使得它们的吸收光谱是有所不同的。氧合血红蛋白最终呈现的颜色是红色，脱氧血红蛋白的颜色是紫蓝色。在特殊情况下，如一氧化碳中毒，一氧化碳与血红蛋白的结合力要比与氧的结合力大200～300倍，结合了一氧化碳的血红蛋白是粉红色的，这从中毒病人的嘴唇上可以看到，它们因此失去了输氧的能力。