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冥宙期的地球大气中几乎不含氧，到了太古宙期，随着海藻的发生和繁殖，大气中氧浓度逐渐上升，为各种生物的诞生创造了条件。
图源：视觉中国
今天，氧气这种特殊的气体在空气中约占21%，几乎所有的真核生物都依靠线粒体进行生物氧化，通过“燃烧”氧气和发热营养素获得能量。
氧气是如何到达细胞内的线粒体的呢？ 以人类为例，首先，通过吸气运动进入气管就像进入了白色的隧道。 这条隧道分支越来越窄，经过23次分支才能到达末端肺泡囊。 每个肺泡包由17个左右的肺泡构成。 这些肺泡时大时小，彼此相通。 根据物理学原理，小肺泡的空气移动到大肺泡，导致小肺泡塌陷，或大肺泡膨胀。 幸运的是，肺泡表面活性物质的调节，肺泡内压力和肺泡的表面张力平衡，肺泡的大小在正常范围内变动。
肺泡细胞和肺毛细血管基底膜等组织构成呼吸膜，这是空气和血液之间的屏障。 呼吸膜厚度不到1微米，最薄的地方只有0.2微米，小型、脂溶性的氧分子像高山神父一样轻易穿过这道“墙”进入毛细血管中的血液。
血液对氧分子来说就像大海，如何漂洋过海远征呢？ 我看到氧分子们有能力快速找到运输工具——亿个红细胞上的血红蛋白，并结合氧。 一个血红蛋白分子可以结合4个氧分子，结合多了血红蛋白呈鲜红色，结合少了血红蛋白呈暗红色。 由此，动脉血的颜色比静脉血更红，当人体缺氧时，皮肤粘膜呈蓝紫色，临床医生称之为紫绀。
血液循环携带氧分子进入体内，到达组织器官时，组织器官耗氧导致组织液和毛细血管血液含氧量下降，氧分子解离出血红蛋白，通过血管壁进入组织液，通过细胞膜进入细胞内，最后进入线粒体，成为生物氧化的燃料。 生物氧化后产生的“炉渣”——二氧化碳，原路返回血液，进入肺循环从肺泡排出。
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氧分子没有指南针，怎么能在人体中漂流而不迷失方向呢？ 决定其方向的是看不见的氧分压。 气体分子不断运动产生压力，其中某些气体分子产生的压力叫做分压。 某一气体的分压等于混合气体的总压力乘以该气体的容积%。 例如，空气中氧的比例约为2.1 %，氧分压为760mmHg乘以21%的约159mmHg。 在人体内，氧必须溶于体液才能转运，但其分压与溶解度和各部位耗氧量等因素有关。 动脉血氧分压约为100mmhg，静脉血氧分压约为40mmhg，至组织约为30mmhg。 氧分子总是向氧分压低的方向移动，它最终能找到组织并做出贡献。
血红蛋白氧饱和度(以下简称氧饱和度)是评价氧转运的重要指标。 实际氧量与血液中最大氧量之比称为氧饱和度。 动脉氧饱和度约为97.4%。 维持动脉血血红蛋白氧饱和度90%以上，血液就能携氧充足，即使人在高原空气稀薄，动脉血氧分压60mmHg以上，也能维持90%以上的氧饱和度，机体供氧正常。 但是，如果外界空气过薄，呼吸困难、肺泡纤维化、肺泡充血水肿等原因导致氧气无法顺利进入血液，或者氧气分压不足60mmHg的话，血红蛋白的氧饱和度会急剧下降。 临床医生根据病因采用吸氧、呼吸机或体外膜肺氧合等方法提高患者氧饱和度。
氧是人体的燃料，是细胞的能量来源，非常重要，但氧的摄入并不是越多越好。 人体内氧气过剩会产生氧自由基等副产物，加速老化，引起各种疾病。
只要我们保持正常的生活习惯，不滥用药品和保健品，防治呼吸系统疾病，体内的氧气就能正常输送，不断提供动力。
作者是华中师范大学副教授、湖北省生理学会理事
来源：科普时报作者：王欣编辑：吴桐审核：王飞终审：陈磊
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