Mit Sauerstoff angereichertes Blut hat zwei Möglichkeiten, Sauerstoff zu den Geweben des Körpers zu transportieren: im Blutplasma gelöst oder an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen gebunden. Hämoglobin-Sauerstoff-Kombinationen machen typischerweise etwa 98.5 Prozent des Sauerstoffs aus, der von der Lunge durch den Körper transportiert wird. Die Hämoglobinsättigung bezieht sich auf das Ausmaß, in dem Hämoglobin mit Sauerstoffmolekülen beladen ist.
Vier Polypeptidketten, die jeweils an eine eisenhaltige Hämgruppe gebunden sind, bilden das sauerstofftragende Hämoglobin. Die Eisenatome können an Sauerstoff binden. Ein Hämoglobin kann mit bis zu vier Sauerstoffmolekülen binden. Diese Kombination von Hämoglobin und Sauerstoff ist schnell und reversibel – das heißt, das Hämoglobin kann die Sauerstoffmoleküle sowohl entladen als auch laden.
Wenn alle vier Hämgruppen an ein Sauerstoffmolekül gebunden sind, ist das Hämoglobin vollständig gesättigt. Sind eine, zwei oder drei Hämgruppen an Sauerstoff gebunden, ist das Hämoglobin teilweise gesättigt. Die Hämoglobin-Sauerstoff-Kombination wird als Oxyhämoglobin bezeichnet, während Hämoglobin, das seine Sauerstoffmoleküle freigesetzt hat, entweder als reduziertes Hämoglobin oder als Desoxyhämoglobin bezeichnet wird.
Die Bindungsstärke des Eisens an den Sauerstoff hängt von der Hämoglobinsättigung ab. Sobald sich das erste Sauerstoffmolekül an das Eisen anlagert, ändert das Hämoglobin selbst seine Form. Dadurch nimmt es die beiden nachfolgenden Sauerstoffmoleküle leichter auf. Die Aufnahme des vierten Sauerstoffmoleküls ist noch einfacher. In ähnlicher Weise wird die Stärke der Bindung zwischen dem Eisen und den verbleibenden Sauerstoffmolekülen immer schwächer, wenn das Hämoglobin jedes Sauerstoffmolekül freisetzt.
Im Allgemeinen variiert die Hämoglobinsättigung je nach den Bedürfnissen des Körpers zu diesem Zeitpunkt. Faktoren wie Temperatur, Blut-pH und Partialdruck von Sauerstoff und Kohlendioxid können alle die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der Hämoglobin Sauerstoffmoleküle bindet oder freisetzt. Diese Faktoren wirken zusammen, um eine ausreichende Sauerstoffversorgung des Körpergewebes aufrechtzuerhalten.
Die Hämoglobinsättigung ändert sich, wenn sich der Sauerstoffpartialdruck (PO2) im Blut ändert. Die Beziehung zwischen dem Sauerstoffpartialdruck und der Hämoglobinsättigung ist nichtlinear; stattdessen folgt es einer S-förmigen Kurve. Hämoglobin ist fast vollständig gesättigt, wenn P02 bei 70 mm Hg liegt.
Bei typischen Ruhebedingungen liegt der P02 bei 100 mm Hg und die arterielle Bluthämoglobinsättigung bei etwa 98 Prozent. Wenn Blut aus den Arterien durch die systematischen Kapillaren fließt, setzt Hämoglobin etwa 5 ml Sauerstoff pro 100 ml Blut frei, was zu einer Hämoglobinsättigung von etwa 75% führt. Der P02 kann bei intensiven Aktivitäten wie Sport auf bis zu 15 mm Hg absinken. Als Reaktion darauf entlädt Hämoglobin zusätzlich 50 Prozent seines Sauerstoffs, was zu einer Sättigung von nur 25 Prozent führt.
Temperatur, Blut-pH-Wert und Partialdruck von Kohlendioxid beeinflussen die Hämoglobinsättigung, indem sie die dreidimensionale Struktur des Hämoglobins verändern, wodurch seine Affinität für Sauerstoff verändert wird. Im Allgemeinen wird eine Erhöhung eines dieser Faktoren die Affinität des Hämoglobins für Sauerstoff verringern, wodurch das Hämoglobin angespornt wird, mehr Sauerstoff in das Blut freizusetzen. Umgekehrt verstärkt eine Abnahme eines dieser Faktoren normalerweise die Bindung zwischen Hämoglobin und Sauerstoff, wodurch die Geschwindigkeit der Sauerstoffentladung verringert wird. Da Hitze, ein sinkender pH-Wert im Blut und ein steigender Kohlendioxidspiegel Nebenprodukte der aktiven Gewebe sind, die im Körper hart arbeiten, stellen diese Faktoren sicher, dass Sauerstoff dort entladen wird, wo er am meisten benötigt wird.