Το οξυγονωμένο αίμα έχει δύο τρόπους μεταφοράς οξυγόνου στους ιστούς του σώματος: διαλυμένο στο πλάσμα του αίματος ή προσκολλημένο στην αιμοσφαιρίνη εντός των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Οι συνδυασμοί αιμοσφαιρίνης-οξυγόνου αντιπροσωπεύουν συνήθως περίπου το 98.5 τοις εκατό του οξυγόνου που μεταφέρεται από τους πνεύμονες σε όλο το σώμα. Ο κορεσμός της αιμοσφαιρίνης αναφέρεται στον βαθμό στον οποίο η αιμοσφαιρίνη είναι φορτωμένη με μόρια οξυγόνου.
Τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες, η καθεμία συνδεδεμένη με μια ομάδα αίμης που περιέχει σίδηρο, συνιστούν την αιμοσφαιρίνη που μεταφέρει οξυγόνο. Τα άτομα σιδήρου μπορούν να συνδεθούν με το οξυγόνο. Μία αιμοσφαιρίνη μπορεί να συνδεθεί με έως και τέσσερα μόρια οξυγόνου. Αυτός ο συνδυασμός αιμοσφαιρίνης και οξυγόνου είναι γρήγορος και αναστρέψιμος – που σημαίνει ότι η αιμοσφαιρίνη μπορεί να ξεφορτώσει τα μόρια οξυγόνου καθώς και να τα φορτώσει.
Όταν και οι τέσσερις ομάδες αίμης έχουν προσκολληθεί σε ένα μόριο οξυγόνου, η αιμοσφαιρίνη είναι πλήρως κορεσμένη. Εάν μία, δύο ή τρεις ομάδες αίμης συνδέονται με το οξυγόνο, η αιμοσφαιρίνη είναι μερικώς κορεσμένη. Ο συνδυασμός αιμοσφαιρίνης-οξυγόνου ονομάζεται οξυαιμοσφαιρίνη, ενώ η αιμοσφαιρίνη που έχει απελευθερώσει τα μόρια οξυγόνου της αναφέρεται είτε ως μειωμένη αιμοσφαιρίνη είτε ως δεοξυαιμοσφαιρίνη.
Η ισχύς δέσμευσης του σιδήρου στο οξυγόνο εξαρτάται από το επίπεδο κορεσμού της αιμοσφαιρίνης. Μόλις το πρώτο μόριο οξυγόνου προσκολληθεί στον σίδηρο, η ίδια η αιμοσφαιρίνη αλλάζει σχήμα. Ως αποτέλεσμα, συλλαμβάνει πιο εύκολα τα δύο επόμενα μόρια οξυγόνου. Η πρόσληψη του τέταρτου μορίου οξυγόνου είναι ακόμα πιο εύκολη. Ομοίως, καθώς η αιμοσφαιρίνη απελευθερώνει κάθε μόριο οξυγόνου, η ισχύς του δεσμού μεταξύ του σιδήρου και των υπόλοιπων μορίων οξυγόνου εξασθενεί προοδευτικά.
Γενικά, ο κορεσμός της αιμοσφαιρίνης ποικίλλει ανάλογα με τις ανάγκες του σώματος εκείνη τη στιγμή. Παράγοντες όπως η θερμοκρασία, το pH του αίματος και οι μερικές πιέσεις οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα μπορούν όλοι να επηρεάσουν τον ρυθμό με τον οποίο η αιμοσφαιρίνη δεσμεύει ή απελευθερώνει μόρια οξυγόνου. Αυτοί οι παράγοντες συνεργάζονται για να διατηρήσουν επαρκή παροχή οξυγόνου στους ιστούς του σώματος.
Ο κορεσμός της αιμοσφαιρίνης αλλάζει καθώς αλλάζει η μερική πίεση του οξυγόνου (PO2) στο αίμα. Η σχέση μεταξύ της μερικής πίεσης του οξυγόνου και του κορεσμού της αιμοσφαιρίνης είναι μη γραμμική. Αντίθετα, ακολουθεί μια καμπύλη σχήματος S. Η αιμοσφαιρίνη είναι σχεδόν πλήρως κορεσμένη όταν το P02 είναι στα 70 mm Hg.
Σε τυπικές συνθήκες ηρεμίας, το P02 είναι στα 100 mm Hg και ο κορεσμός της αιμοσφαιρίνης του αρτηριακού αίματος είναι περίπου 98 τοις εκατό. Καθώς το αίμα ρέει από τις αρτηρίες μέσω των συστηματικών τριχοειδών αγγείων, η αιμοσφαιρίνη απελευθερώνει περίπου 5 ml οξυγόνου ανά 100 ml αίματος, καταλήγοντας έτσι σε κορεσμό αιμοσφαιρίνης περίπου 75% τοις εκατό. Το P02 μπορεί να πέσει έως και 15 mm Hg κατά τη διάρκεια έντονων δραστηριοτήτων όπως η άσκηση. Σε απόκριση, η αιμοσφαιρίνη θα ξεφορτώσει ένα πρόσθετο 50 τοις εκατό του οξυγόνου της, οδηγώντας έτσι σε κορεσμό έως και 25 τοις εκατό.
Η θερμοκρασία, το pH του αίματος και η μερική πίεση του διοξειδίου του άνθρακα επηρεάζουν τον κορεσμό της αιμοσφαιρίνης αλλάζοντας την τρισδιάστατη δομή της αιμοσφαιρίνης, αλλάζοντας έτσι τη συγγένειά της για το οξυγόνο. Γενικά, μια αύξηση σε οποιονδήποτε από αυτούς τους παράγοντες θα μειώσει τη συγγένεια της αιμοσφαιρίνης για το οξυγόνο, ωθώντας έτσι την αιμοσφαιρίνη να απελευθερώσει περισσότερο οξυγόνο στο αίμα. Αντίθετα, μια μείωση σε έναν από αυτούς τους παράγοντες συνήθως θα ενισχύσει τον δεσμό μεταξύ της αιμοσφαιρίνης και του οξυγόνου, μειώνοντας έτσι τον ρυθμό εκφόρτωσης οξυγόνου. Δεδομένου ότι η θερμότητα, το μειωμένο pH του αίματος και τα αυξανόμενα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα είναι όλα υποπροϊόντα ενεργών ιστών που εργάζονται σκληρά στο σώμα, αυτοί οι παράγοντες διασφαλίζουν ότι το οξυγόνο εκφορτώνεται εκεί που χρειάζεται περισσότερο.