Hengästymiseen liittyy keskeisesti hengityksen kiihtyminen fyysisessä rasituksessa siinä vaiheessa, kun maitohappoa alkaa kertyä vereen, eli anaerobisen kynnyksen (AT) kohdalla. Anaerobinen kynnys puolestaan ilmaantuu sitä pienemmässä rasituksessa, mitä matalampi on henkilön hapenottokyky (VO₂ max) eli kansanomaisesti sanottuna fyysinen kestävyyskunto.

Tavallisesti anaerobinen kynnys ilmaantuu silloin kun 40–60 % henkilön maksimaalisesta hapenottokyvystä on saavutettu. Tätä suuremmalla rasitustasolla alkaa ilmaantua hengästymistä. Hyväkuntoisilla kestävyysurheilijoilla, joiden hapenottokyky on suuri, anaerobinen kynnys ilmaantuu usein vasta 70–80 %:n tasolla heidän maksimaalisesta hapenottokyvystään eli vasta hyvin suurella hapenkulutustasolla. Sen sijaan henkilöillä, joiden kestävyyskunto on todella huono, aerobinen kynnys ilmaantuu jo pienellä hapenkulutustasolla eli vähäisessä rasituksessa.

Kuvassa on esitetty kaavamaisesti keuhkotuuletuksen muuttuminen suhteessa hapenkulutukseen (rasitukseen) kolmella terveellä henkilöllä, joista yksi ei harrastanut lainkaan liikuntaa (huonokuntoinen), yksi liikkui työnsä puitteissa kohtalaisesti (keskikuntoinen) ja yksi harrasti erittäin runsaasti kuntoliikuntaa vapaa-aikana (hyväkuntoinen). Kuten kuvasta voi havaita, huonokuntoisen henkilön hengitys kiihtyy jo hyvin matalilla hapenkulutustasoilla eli pienessä rasituksessa. Tällaisen henkilön hapenottokyky jää pieneksi ja anaerobinen kynnys ilmaantuu jo pienessä rasituksessa. Sen sijaan paljon liikuntaa harrastavalla hapenottokyky on yleensä hyvin suuri ja anaerobinen kynnys tulee vasta korkealla rasitustasolla (hapenkulutustasolla), jolloin hengästyminenkin alkaa vasta kovassa rasituksessa.

Rasitushengenahdistuksen ilmaantumisherkkyys on siis täysin sidoksissa hapenottokykyyn. Se puolestaan on riippuvainen sydämen pumppauskapasiteetista ja siitä, millä tehokkuudella lihakset pystyvät ottamaan valtimoverenkierrosta happea solujen energia-aineenvaihduntaa varten. Happea käyttävä energia-aineenvaihdunta tapahtuu solujen sisällä mitokondrioissa.

Happea käyttävä energia-aineenvaihdunta on kaksikymmentä kertaa niin tuottoisaa kuin happea käyttämätön, anaerobinen energia-aineenvaihdunta.

Esitän seuraavassa yhtälön muodossa hapenottokyvyn (VO₂ max) määräävät tekijät.

VO₂max = (SV × HR) × C (a-v)O₂

Yhtälössä

SV (stroke volume) = sydämen iskutilavuus, vasemman kammion yhden lyönnin aikana pumppaama verimäärä,

HR (heart rate) = sydämen lyöntitaajuus,

C(a-v)O₂ = valtimo- ja laskimoveren sisältämien happimäärien ero.

Tämän yhtälön mukaan määräytyy henkilön aerobinen kunto. Mitä parempi on kestävyyskunto, sitä suurempi on hapenottokyky eli VO₂ max. Se voidaan ilmaista esimerkiksi hapenkulutusarvona l/min tai kehon painoon suhteutettuna ml/min/kg.

Terveellä henkilöllä suurin kestävyyskuntoon vaikuttava tekijä on verenkiertoelimistön kapasiteetti. Tärkeä osa siitä on sydämen vasemman kammion iskutilavuus. Kun sydämen maksimaalinen lyöntitaajuus ei kovin paljon eroa saman ikäisillä hyvä- tai huonokuntoisilla, suuri kuntoon vaikuttava ero tulee iskutilavuuden eroista. SV ja HR määrittävät sen, kuinka monta litraa verta sydän pystyy pumppaamaan minuutissa. Hapenottokyvyn kannalta tämä on oleellinen tekijä. Siihen liikuntaharjoittelulla voi vaikuttaa merkittävästi.

Toinen merkittävä tekijä aerobisen kapasiteetin yhtälössä on valtimoveren ja laskimoveren happimäärien ero (C(a-v)O₂). Terveellä henkilöllä keuhkojen kyky ottaa happea ei rajoita elimistön hapenottokykyä. Terveellä henkilöllä on valtimoveressä aina riittävä happipitoisuus. Koska suurin osa valtimoveren sisältämästä hapesta (n. 98 %) on sitoutuneena veren punasolujen hemoglobiiniin, on valtimoveren happisisältö riippuvainen myös veren punasoluissa olevasta hemoglobiinimäärästä. Mitä korkeampi on veren hemoglobiinipitoisuus, sitä suurempi on verenkierron mahdollisuus kuljettaa happea lihaksiin ja sitä parempi on hapenottokyky.

Kestävyysurheilijat ovat eri maissa aikaisemmin yrittäneet keinotekoisesti nostaa veren hemoglobiinipitoisuutta kielletyllä dopingaineella, EPO-hormonilla (erytropoetiini). Matala tai alentunut veren hemoglobiinipitoisuus (anemia) pienentää veren hapenkuljetuskapasiteettia, jolloin hapenottokyky pienenee. Silloin rasitushengenahdistus ja väsyminen tulevat esiin jo pienemmällä rasitustasolla.

Jotta valtimo- ja laskimoveren happisisältöjen erotus olisi suuri, on kudosten ja solujen hapenottokyvyn oltava myös hyvä. Tähän vaikuttaa fyysinen liikuntaharjoittelu muun muassa siten, että verenkierto toimiviin lihaksiin tehostuu ja jakautuu tasaisemmin ja solujen aerobisten entsyymien pitoisuudet paranevat. Tällöin verestä saadaan otettua happi tehokkaammin lihassoluihin aerobisen energia-aineenvaihdunnan käyttöön, jolloin kestävyyskunto paranee. Tämä näkyy laskimoveren happipitoisuuden pienentymisenä. Terveellä henkilöllä valtimoveren ja laskimoveren happipitoisuuksien ero kasvaa rasituksen aikana siten, että sekoittuneen laskimoveren happipitoisuus pienenee nopeasti, kun lihassolut imevät tehokkaasti tarjolla olevaa happea valtimoverestä. Fyysinen harjoittelu siis parantaa lihasten hapenottokykyä valtimoverestä lisäämällä toimiviin lihaksiin tulevan veren kokonaismäärää siten, että se myös jakautuu lihaskudokseen tasaisemmin, jolloin lihassolut saavat tarvitsemansa hapen helpommin.

Terveillä henkilöillä valtimoveren happipitoisuus pysyy maksimirasituksessakin normaalina (hemoglobiinin happikyllästeisyys SaO₂ > 96 %) eli keuhkojen hapenottokyky ei rajoita normaalisti fyysistä suorituskykyä.

Valtimo- ja laskimoveren happieron suureneminen rasituksessa perustuu kokonaan siihen, kuinka tarkkaan happi saadaan otettua lihaskudoksissa energia-aineenvaihdunnan käyttöön.