冥古宙時期的地球大氣幾乎不含氧氣，到了太古宙時期，随着海藻的産生和繁衍，大氣層中的氧氣濃度緩慢升高，為各種生物的誕生創造了條件。

圖源：視覺中國

今天，氧氣這種特殊氣體在空氣中約占21%，絕大多數真核生物都依靠線粒體進行生物氧化，“燃燒”氧氣和産熱營養素來獲取能量。

氧氣如何到達細胞内的線粒體呢？以人類為例，首先，它通過吸氣運動進入氣管，就好比進入了白色的隧道。這條隧道不斷分叉，變得越來越狹窄，經過23次分叉終于到達末端的肺泡囊。每個肺泡囊由17個左右肺泡組成。這些肺泡有大有小，彼此相通。按照物理學原理，小肺泡的空氣會向大肺泡轉移，導緻小肺泡塌陷和大肺泡膨脹，幸虧有肺泡表面活性物質的調節，使肺泡内壓力和肺泡表面張力相互制衡，肺泡的大小在正常範圍内波動。

肺泡上皮細胞和肺毛細血管基膜等組織構成了呼吸膜，這是空氣和血液之間的一道屏障。呼吸膜的厚度不到一微米，最薄的地方隻有0.2微米，體型小巧、具有脂溶性的氧氣分子就像崂山道士一樣輕而易舉穿過這面“牆”，就進入了毛細血管中的血液。

血液對于一個個氧分子而言就像汪洋大海，它們如何渡海遠征呢？隻見氧分子們迅速找到了運輸工具——數以億計的紅細胞上的血紅蛋白，具有結合氧氣的能力。每一個血紅蛋白分子可以結合4個氧分子，如果結合得多，血紅蛋白就呈現鮮紅色，如果結合得少，血紅蛋白就呈現暗紅色。這使得動脈血的顔色比靜脈血更紅，而如果人體缺氧，皮膚黏膜就呈現青紫色，臨床醫生稱之為紫绀。

血液循環帶着氧分子在體内運輸，達到組織器官的時候，由于組織器官消耗氧氣使組織液及毛細血管血液中的含氧量下降，氧分子就從血紅蛋白上解離下來，透過血管壁進入組織液，再穿過細胞膜進入細胞内，最後進入線粒體，成為生物氧化的燃料。生物氧化之後産生的“礦渣”——二氧化碳，原路返回到血液，進入肺循環後從肺泡排出。

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氧氣分子沒有指南針，它們如何在人體中漂流而不失去方向呢？決定其方向的是看不見的氧分壓。氣體分子不斷運動産生壓力，其中某一種氣體分子産生的壓力稱為分壓。某種氣體的分壓等于混合氣體的總壓力乘以該氣體的容積百分比。比如，空氣中氧氣的比例約為21%，氧分壓就是760毫米汞柱乘以21%，約為159毫米汞柱。在人體内，氧氣必須溶于體液才能夠運輸，這時它的分壓與溶解度以及各部位的耗氧量等因素有關。動脈血中的氧分壓約為100毫米汞柱，靜脈血中的氧分壓約為40毫米汞柱，到了組織約為30毫米汞柱。氧氣分子始終向着氧分壓低的方向轉移，這使它終能找到并貢獻給組織。

血紅蛋白氧飽和度（以下簡稱氧飽和度）是評價氧氣運輸的重要指标。血液中實際的氧含量與最大的氧含量的比值稱為氧飽和度。動脈血的氧飽和度約為97.4%。隻要動脈血中的血紅蛋白氧飽和度維持在90%以上，血液就可以攜帶足夠的氧氣，即便人類身處高原，空氣稀薄，隻要動脈血中的氧分壓不低于60毫米汞柱，就可以維持90%以上的氧飽和度，機體供氧正常。但如果外界空氣過于稀薄或因呼吸困難、肺泡纖維化、肺泡充血水腫等使氧氣無法順利進入血液、氧分壓低于60毫米汞柱，血紅蛋白氧飽和度就會急劇下降。臨床醫生會根據病因用吸氧、呼吸機或體外膜肺氧合等方法提高病人的氧飽和度。

氧氣是人體的燃料、是細胞的能量來源，固然非常重要，但是氧氣的攝入并非越多越好。如果人體中氧氣過量，會産生氧自由基等副産品，加速衰老并引發各種疾病。

隻要我們保持正常的作息，不濫用藥品和保健品，防治呼吸系統疾病，體内的氧氣就可以恰如其分地正常運輸，提供源源不絕的動力。

作者系華中師範大學副教授、湖北省生理學會理事

來源：科普時報

作者：王欣

編輯：吳桐

審核：王飛

終審：陳磊

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