Roznoszenie tlenu przez krew

W czasie spoczynku komórki organizmu ludzkiego potrzebują 300 dm3 tlenu na dobę albo 250 cm3 na jedną minutę. W czasie wytężonej pracy zapotrzebowanie na tlen może wzrosnąć 10-a nawet 15-krotnie. Gdyby tlen był dostarczany komórkom w postaci rozpuszczonej w osoczu, 180 dm3 krwi powinno by obiec ciało w ciągu 1 minuty, aby wszystkie komórki miały wystarczającą ilość tlenu, albowiem tlen w osoczu jest słabo rozpuszczalny. W czasie spoczynku człowieka krew obiega ciało z szybkością 5 dm/min i jest to zupełnie wystarczające do zapotrzebowania jego komórek w tlen. Ta wysoka wydajność transportowania tlenu przez krew została osiągnięta dzięki obecności w niej hemoglobiny.

Hemoglobina jest barwnikiem czerwonych krwinek uczestniczącego w transporcie całej prawie ilości tlenu i większości dwutlenku węgla. Krew bez hemoglobiny mogłaby przenieść w każdym 100 cm3 tylko 0,25 cm3 tlenu i 2,7 cm3 dwutlenku węgla, a przy udziale hemoglobiny przenosi w każdym 10 cm3 około 20 cm3 tlenu i 50-60 cm3 dwutlenku węgla.

Około 2% tlenu jest rozpuszczana w osoczu krwi, a pozostała ilość jest przenoszona przez hemoglobinę. Tlen po przejściu do naczyń włosowatych dyfunduje z osocza do czerwonych krwinek i łączy się z hemoglobiną w ten sposób, iż jedna cząsteczka tlenu łączy się z jednym ugrupowaniem hemowym, tak więc całkowicie utlenowana cząsteczka hemoglobiny (oksyhemoglobiny) ma przyłączone cztery cząsteczki tlenu. Atomy tlenu przyłączają się do atomów żelaza w pierścieniach hemowych hemoglobiny.

O przyłączeniach tlenu z hemoglobiną oraz jego odłączeniu od oksyhemoglobiny decydują dwa czynniki: stężenie tlenu i w mniejszym stopniu stężenie dwutlenku węgla. W płucach stężenie tlenu jest stosunkowo duże i tam tworzy się oksyhemoglobina. Krew po opuszczeniu płuc i przejściu przez serce i tętnicę, gdzie następuje niewielka zmiana stężenie tlenu, wędruje do tkanek, w których na skutek niskiego stężenia tlenu następuje rozszczepienie oksyhemoglobiny, uwolnienie tlenu i jego dyfuzja do komórek.

Dwutlenek węgla reaguje z wodą tworząc kwas węglowy H2CO3 zatem wzrost stężenia dwutlenku węgla wzmaga kwasowość krwi. Zdolność hemoglobiny do łączenia się z tlenem zmniejsza się w miarę wzrostu kwasowości krwi; a więc ilość dwutlenku węgla w krwi reguluje częściowo łączenia się hemoglobiny z tlenem. Powstał w ten sposób bardzo wydajny układ transportujący tlen w organiźmie. W naczyniach włosowatych tkanek stężenie dwutlenku węgla jest duże, a tlen uwalnia się z hemoglobiny dzięki wspólnemu efektowi niskiego ciśnienia tlenu i wysokiego ciśnienia dwutlenku węgla. W naczyniach włosowatych płuc (lub skrzel u ryb) ciśnienie dwutlenku węgla jest niższe, a hemoglobina pobiera tlen w skutek połączonego działania wysokiego ciśnienia tlenu i niskiego ciśnienia dwutlenku węgla. Należy zdawać sobie sprawę z tego, że im więcej krew zawiera dwutlenku węgla, tym ma większą kwasowość i że w roztworze kwaśnym obniża się zdolność hemoglobiny do łączenia z tlenem.