動脈血と静脈血を隔てる最大の分水嶺は、血中に溶け込んでいる気体成分、とりわけ酸素の含有量にあります。心臓から送り出され、肺でたっぷりと酸素を受け取ったばかりの動脈血は酸素を多く含む血液であり、全身の組織へ酸素を届ける役割を担っています。これに対して、細胞に酸素を配り終え、代わりに代謝の副産物である静脈血は二酸化炭素や老廃物を多く回収した状態で心臓へと戻っていく血液です。
日常会話において「動脈を流れるのが動脈血、静脈を流れるのが静脈血」と混同されがちですが、医学・生理学における厳密な定義は「血管の種類」ではなく「血液のガス組成」で決まります。酸素を豊富に蓄えた血液そのものを動脈血、酸素を放出して二酸化炭素を多く含んだ血液そのものを静脈血と呼びます。
では、なぜこの2つは見た目の色がはっきりと異なるのでしょうか。その鍵を握るのが、赤血球の中に無数に存在するタンパク質「ヘモグロビン」の化学的挙動です。ヘモグロビンは鉄（ヘム）を含んでおり、酸素濃度が高い環境では酸素分子と強く結びついて「酸化ヘモグロビン（オキシヘモグロビン）」へと変化します。この酸化ヘモグロビンは光の波長のうち赤色を強く反射する性質を持つため、私たちの目には鮮やかな鮮紅色として映ります。
一方、末梢組織で酸素を手放したヘモグロビンは「還元ヘモグロビン（デオキシヘモグロビン）」となります。酸素が外れたヘモグロビンは光の吸収パターンが変わり、暗いトーンの光を反射するようになるため、赤黒い暗赤色へと変色します。健康診断の採血時に目にするドロッとした黒っぽい液体は、決して「血がドロドロに汚れている」わけではなく、全身の代謝活動を立派に支え終えた還元ヘモグロビンが放つ、極めて正常な生理現象の色なのです。
