休息时,我们身体的细胞每天消耗约 300 升氧气,即每分钟 250 毫升。在运动或工作期间,对它的需求会增加10-15倍。如果血液携带到组织的氧气只是溶解在血浆中,那么即使在休息时,血液也需要以每分钟 180 升的速度在体内循环,才能将足够的气体输送到细胞,因为氧气在血浆中的溶解度不是特别高。
事实上,当人休息时,血液以每分钟约5升的速度循环,并携带细胞所需的全部氧气。每分钟 180 升和 5 升之间的差异是由于血红蛋白的功能造成的。血红蛋白是红细胞中的色素,携带几乎所有的氧气和大部分的二氧化碳。
与肺泡空气平衡的血液每 100 毫升溶液中可能仅含有 0.25 毫升氧气和 2.7 分升二氧化碳,但由于血红蛋白,100 毫升血液可携带约 20 毫升氧气和 50-60 毫升二氧化碳。大约2%的血氧溶解在血浆中,其余的与血红蛋白结合。氧气进入肺毛细血管的血液后,从血浆扩散到红细胞中并与血红蛋白结合——一分子氧与一分子血红蛋白结合形成氧合血红蛋白分子。
血红蛋白 + O2 → 氧合血红蛋白
箭头表示该反应是可逆的,即根据条件,它可以向任何方向移动。当然,如果血红蛋白只能接受氧气,但不能将氧气输送到需要的地方,那么它对身体就没有什么好处。
在肺部,反应从左向右进行,形成氧合血红蛋白;在组织中,反应从右向左进行,释放氧气。动脉血和静脉血的颜色不同是因为氧合血红蛋白是鲜红色,而血红蛋白是紫色。氧气与血红蛋白的结合以及氧合血红蛋白的分解受两个因素调节:主要是存在的氧气量,其次是二氧化碳的量。
在肺部,氧气浓度相对较高,并在那里形成氧合血红蛋白。血液离开肺部后,通过氧气浓度几乎不变的心脏和动脉,到达缺氧的组织。在这里,氧合血红蛋白被分解,释放氧气,氧气扩散到组织细胞中。
因此,由于血红蛋白具有附着和释放氧气的能力,血液有效地将其从肺部转移到组织,并为细胞提供呼吸所需的氧气。