贫血时患者体内会发生一系列病理生理变化，有些是贫血造成组织缺氧的直接结果，有些则是对缺氧的生理代偿反应。
(1)组织缺氧红细胞是携氧和运氧的工具，每1克血红蛋白能与1.3毫升氧结合。它的主要功能是将氧从肺运输到全身组织，并将组织中二氧化碳输送到肺，由肺排出。
贫血时，血液总的携氧能力降低，输送至组织的氧因而减少，如果这时机体没有代偿作用或代偿功能不足，必然会使部分组织缺氧，从而影响各个器官、组织的正常功能，随之产生许多系统的症状、体征，如最早出现疲倦、软弱、精神萎靡，四肢无力等症状。各器官、组织功能障碍的程度主要决定于它们需氧量的程度，中枢神经系统、心脏和骨骼肌需氧比较高，缺氧的症状也就特别明显。
(2)生理性代偿反应在组织缺氧的情况下，机体能发挥一些生理代偿机制，仗其更充分地利用血红蛋白中的氧，恢复正常功能。
代偿机制有：增加血红蛋白中氧的释放；增加心脏输出量和加速血液循环；血液总量维持；器官、组织中血流的重新分布；红细胞增生增多等。
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