조직세포에서 발생된 이산화탄소는 혈액내의 적혈구로 들어가서 물과 만나 탄산이 되었다가 이온 분리된다[CO2+H2O→H2CO3→H++HCO3-]. 이온 분리된 HCO3-이 적혈구를 빠져나와 혈장에 용해되어 운반된다.

폐 쪽으로 가면 HCO3-가 다시 적혈구로 들어가서 반대 반응을 거쳐 이산화탄소가 되어 폐 밖으로 나간다[HCO3-+H+→H2CO3→CO2+H2O]. 따라서 이산화탄소를 주로 운반하는 것은 혈장인 것이다. 일부분의 HCO3-는 혈장에서 소금 성분인 Na+과 결합하여 NaHCO3 상태로 운반되기도 한다.

이산화탄소가 물에 녹으면 탄산(H2CO3)이 되고, H+이 많아지면 산성화가 되어 pH가 내려간다. 따라서 이산화탄소 농도와 pH는 반비례 관계이다. 물에 탄산(H2CO3)이나 탄산수소나트륨(중탄산소다; NaHCO3)이 있으면 이산화탄소가 발생된다. 사이다와 콜라 같은 음료 속에 탄산(H2CO3)이 녹아 있으며, 이러한 음료에서 발생되는 기체는 이산화탄소이다. 또한 샴페인을 흔들어서 뚜껑을 터트리는 기체도 이산화탄소이다. 샴페인 속에도 탄산이 들어있기 때문이다.

폐에서 혈액으로 넘어온 산소는 적혈구 속의 헤모글로빈에 의해 온 몸의 조직세포로 운반된다. 보통 헤모글로빈 1분자는 산소 4분자를 운반한다. 폐포에서 헤모글로빈과 산소가 결합하는 것을 포화 반응이라 하고, 헤모글로빈에 결합되어 있던 산소가 조직세포 쪽으로 떨어지는 것을 해리 반응이라 한다. 일반적으로 [포화도+해리도=100%]이며, 포화도와 해리도는 반비례 관계이다.

포화 반응이 잘 일어나려면 당연히 산소가 많아야 하고 상대적으로 이산화탄소가 적어야 할 것이다. pH가 높을수록 포화 반응이 잘 일어난다. 왜냐하면 이산화탄소 농도와 pH는 반비례 관계이기 때문이다. 온도는 낮을수록 포화 반응이 잘 일어난다.

폐에는 외부의 공기가 드나들므로 온도가 비교적 낮고, 차가운 계곡 물에 산소가 많이 녹아있고, 온도가 높은 하류에는 산소가 적게 녹아있는 것을 생각하면 쉽게 이해되어 질 수 있다. 해리 반응은 포화 반응과 반대로 산소가 적고, 이산화탄소가 많으며, pH가 낮고, 온도가 높을 때 잘 일어난다.

모체는 헤모글로빈에 결합되어 있는 산소를 태아에게 넘겨주기 때문에 태아보다 해리도가 높고, 반면에 태아는 모체에서 넘어오는 산소와 헤모글로빈이 결합하기 때문에 모체보다 포화도가 높다. 적혈구 속의 헤모글로빈은 산소를 운반하고 근육 속의 미오글로빈은 산소를 저장한다.

따라서 헤모글로빈이 미오글로빈에게 산소를 넘겨주므로 헤모글로빈의 해리도가 미오글로빈보다 비교적 높고, 미오글로빈의 포화도가 헤모글로빈보다 비교적 높다.

사람이 고산지대로 올라가면 산소가 희박하여 포화도가 낮아지고, 산소가 많은 평지로 내려오면 포화도가 올라간다. 그러나 오랜 세월 동안 산소가 적은 고산 지대에 살고 있는 동물들은 저지대에 살고 있는 동물들보다 포화도가 높게 적응하고 진화하였다. 따라서 산양이 들양보다 포화도가 높고, 네팔인이 네덜란드인보다 포화도가 높다.

등반가들은 보통 해발 3000m 이상의 산악 지대를 고산이라고 한다. 고도가 높아질수록 대기 중의 산소가 적어지기 때문에 산소마스크 없이 등반한다는 것은 매우 힘들다. 산소가 적어지면 포화도가 낮아져서 조직세포에 공급되는 산소의 양이 줄어들기 때문이다.

해발 0m에서 포화도는 97% 정도이며, 일상 생활에서 동맥혈의 포화도가 60% 이하이면 인체에 필요한 산소가 부족해져 인공호흡 없이 생존하기 힘들다. 이러한 한계를 딛고 산소마스크 없이 해발 8848m에 이르는 에베레스트 등정에 성공한 등반가들도 있다. 우리나라에서는 1993년에 처음으로 ‘박 영석’ 씨가 무산소 에베레스트 등정에 성공하였다.

사람이 고산 지대에 오랜 시간 노출되면 스스로 고산 지대에 적응하려는 생리적인 변화가 일어난다. 호흡수 증가, 헤모글로빈 증가, 폐활량 증가, 모세혈관의 증가와 같은 변화가 일어나 결국 조직세포의 산소 이용률을 높이는 방향으로 적응이 진행된다.

이러한 적응 반응은 천천히 진행되므로 갑자기 고도가 높은 나라를 여행하거나 고산을 등반하게 되면 적응 불능 상태에 빠져 사망할 수도 있다.

보통 사람이 산소마스크 없이 물 속에 머물 수 있는 시간은 1분을 넘기지 못하지만 해녀들의 경우에는 최대 20m까지 잠수하여 2-3분 정도 참을 수 있다고 한다.

현재 한 번의 호흡으로 잠수한 최고 깊이는 쿠바 태생의 피핀이 1995년에 세운 127m로, 이 때 소요된 시간은 2분 28초이다. 보통 사람이 50-60m 이하로 잠수할 경우 가슴이 찌그러져 생존하기 힘들지만, 피핀과 같은 사람들은 특별한 능력과 훈련으로 맥박을 1분에 18회까지 떨어뜨려 깊은 곳까지 잠수가 가능한 것이다.