Oksigenirana krv ima dva načina transporta kisika do tkiva tijela: otopljenog u krvnoj plazmi ili spojenog na hemoglobin unutar crvenih krvnih stanica. Kombinacije hemoglobina i kisika obično čine oko 98.5 posto kisika koji se prenosi iz pluća kroz tijelo. Zasićenost hemoglobina odnosi se na stupanj u kojem je hemoglobin opterećen molekulama kisika.
Četiri polipeptidna lanca, svaki vezan za hemsku skupinu koja sadrži željezo, čine hemoglobin koji nosi kisik. Atomi željeza mogu se vezati za kisik. Jedan hemoglobin može se vezati s do četiri molekule kisika. Ova kombinacija hemoglobina i kisika je brza i reverzibilna – što znači da hemoglobin može rasteretiti molekule kisika kao i napuniti ih.
Kada se sve četiri heme skupine vežu na molekulu kisika, hemoglobin je potpuno zasićen. Ako su jedna, dvije ili tri heme grupe vezane za kisik, hemoglobin je djelomično zasićen. Kombinacija hemoglobin-kisik naziva se oksihemoglobin, dok se hemoglobin koji je oslobodio svoje molekule kisika naziva smanjenim hemoglobinom ili deoksihemoglobinom.
Jačina vezanja željeza za kisik ovisi o razini zasićenosti hemoglobinom. Nakon što se prva molekula kisika veže za željezo, sam hemoglobin mijenja oblik. Kao rezultat toga, lakše preuzima sljedeće dvije molekule kisika. Usvajanje četvrte molekule kisika još je lakše. Slično, kako hemoglobin oslobađa svaku molekulu kisika, snaga veze između željeza i preostalih molekula kisika postaje sve slabija.
Općenito, zasićenost hemoglobinom varira ovisno o potrebama tijela u to vrijeme. Čimbenici uključujući temperaturu, pH krvi i parcijalni tlak kisika i ugljičnog dioksida mogu utjecati na brzinu kojom hemoglobin veže ili oslobađa molekule kisika. Ovi čimbenici rade zajedno kako bi održali dovoljnu dostavu kisika u tkiva tijela.
Zasićenost hemoglobina mijenja se kako se mijenja parcijalni tlak kisika (PO2) u krvi. Odnos između parcijalnog tlaka kisika i zasićenosti hemoglobina je nelinearan; umjesto toga slijedi zakrivljenost u obliku slova S. Hemoglobin je gotovo potpuno zasićen kada je P02 na 70 mm Hg.
U tipičnim uvjetima mirovanja, P02 je na 100 mm Hg, a zasićenost hemoglobinom u arterijskoj krvi je oko 98 posto. Kako krv teče iz arterija kroz sustavne kapilare, hemoglobin oslobađa oko 5 ml kisika na 100 ml krvi, što rezultira zasićenjem hemoglobina od oko 75% posto. P02 može pasti na čak 15 mm Hg tijekom snažnih aktivnosti kao što je vježba. Kao odgovor, hemoglobin će isprazniti dodatnih 50 posto svog kisika, što će rezultirati zasićenjem od čak 25 posto.
Temperatura, pH krvi i parcijalni tlak ugljičnog dioksida utječu na zasićenost hemoglobina mijenjajući trodimenzionalnu strukturu hemoglobina, čime se mijenja njegov afinitet prema kisiku. Općenito, povećanje bilo kojeg od ovih čimbenika snizit će afinitet hemoglobina za kisik, čime će hemoglobin potaknuti na oslobađanje više kisika u krv. Suprotno tome, smanjenje jednog od ovih čimbenika obično će ojačati vezu između hemoglobina i kisika, čime se smanjuje brzina pražnjenja kisika. Budući da su toplina, pad pH u krvi i porast razine ugljičnog dioksida nusproizvodi aktivnih tkiva koje intenzivno rade u tijelu, ovi čimbenici osiguravaju da se kisik isprazni tamo gdje je najpotrebniji.