При переходе от состояния покоя к интенсивной мышечной деятельности потребность в кислороде возрастает во много раз, однако сразу она не может быть удовлетворена. Необходимо время, чтобы усилилась деятельность систем дыхания и кровообращения и чтобы кровь, обогащенная кислородом, могла дойти до работающих мышц. По мере усиления активности этих систем постепенно увеличивается потребление кислорода в работающих мышцах. Если при работе ЧСС превышает 150 уд∙мин-1, то скорость потребления О2 возрастает до тех пор, пока не наступит истинное устойчивое состояние метаболических процессов, при котором потребление О2 в данный момент времени точно соответствует потребности организма в нем. макроэргический белок аэробный глюкоза
Уровень потребления О2 в устойчивом состоянии зависит от мощности выполняемого упражнения (рис. 5). При интенсивной работе мощностью более 200 Вт (ЧСС 150-180 уд∙мин-1) устойчивое состояние не устанавливается и потребление О2 может возрастать до конца работы либо до достижения максимально возможного уровня. В последнем случае может наблюдаться "ложное устойчивое состояние", когда потребление О2 некоторое время (6-10 мин) поддерживается на максимальном уровне не потому, что потребность организма в кислороде полностью удовлетворяется, а потому, что исчерпаны возможности сердечнососудистой системы доставлять его к тканям. Эта система существенно ограничивает доставку О2 к мышцам.
Рис. 5. Потребление кислорода при выполнении упражнений различной интенсивности и продолжительности
Однако основным лимитирующим фактором на уровне мышечных волокон является способность митохондрий утилизировать кислород и способность окислительных ферментов использовать его в работающих мышцах. Максимальный уровень потребления О2 не может поддерживаться долго: во время длительной работы он снижается из-за утомления.
Количество кислорода, необходимое организму для полного удовлетворения энергетических потребностей за счет аэробных процессов, называется кислородным запросом работы. При интенсивной работе реальное потребление кислорода ‒ кислородный приход ‒ составляет только небольшую часть кислородного запроса. Разность между кислородным запросом работы и реально потребляемым кислородом составляет кислородный дефицит организма. В условиях кислородного дефицита активируются анаэробные реакции ресинтеза АТФ, что приводит к накоплению в организме недоокисленных продуктов анаэробного распада.
При работе в устойчивом состоянии часть анаэробных метаболитов может окисляться за счет усиления аэробных реакций в процессе работы, а другая их часть устраняется после работы. При работе, когда не устанавливается устойчивое состояние или при «ложном» устойчивом состоянии, количество недоокисленных продуктов постоянно увеличивается и устраняются они только в восстановительном периоде. Для восстановления энергетических источников и окисления недоокисленных продуктов требуется дополнительное количество кислорода, поэтому некоторое время после окончания работы потребление его продолжает оставаться повышенным по сравнению с уровнем покоя. Этот излишек кислородного потребления в период восстановления получил название "кислородный долг". Кислородный долг всегда больше кислородного дефицита, и чем больше интенсивность и продолжительность работы, тем значительнее это различие.