Физическая нагрузка требует существенного напряжения и тесного взаимодействия основных физиологических механизмов, которые делают способными сердечно-сосудистую и респираторную системы поддерживать возрастающие метаболические потребности организма. Оценка функционального состояния системы транспорта газов, необходимых для поддержания тканевого (клеточного) дыхания очень важна, т. к. при многих патологических состояниях функционирование этой системы нарушается.
Для удовлетворения возросших энергетических потребностей мышечной клетки во время нагрузки необходима тесная взаимосвязь физиологических компенсаторных механизмов на уровне лёгких, лёгочного кровообращения, сердца и системного кровообращения. Значительное повышение утилизации кислорода мышцами (QO2) достигается повышением экстракции кислорода из крови, перфузирующей эти мышцы, селективной дилатацией периферических сосудов, повышением лёгочного кровотока путём мобилизации и вазодилатации сосудов малого круга и, наконец, повышением уровня вентиляции. Кислород захватывается кровотоком из альвеол пропорционально скорости кровотока и обратно пропорционально степени насыщения гемоглобина кислородом. В устойчивом состоянии потребление кислорода - VO2=QO2. Минутная вентиляция [частота дыхания - frequency of breathing (f) и дыхательный объём - tidal volume (VT)] возрастают в зависимости от количества вновь образованной углекислоты (QCO2), поступающей в лёгкие, и центральных механизмов регуляции рН и напряжения CO2 в артериальной крови.