لا تستطيع العضلات الاستمرار في العمل العضلي بدون الأكسجين أكثر من عشر ثوان ، ولكن يمكن أن يستمر العمل العضلي لأكثر من دقيقة في حالة استمرار امداد العضلات بالأكسجين عن طريق نقله من الرئتين إلى العضلات العاملة ، وكلما زادت شدة الحمل زادت سرعة استهلاك الأكسجين ، ويطلق على أكبر سرعة لاستهلاك الأكسجين أثناء العمل العضلي باستخدام أكثر من 50 % من عضلات الجسم بمصطلح الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين، هذا ويعبر عن هذا المؤشر الفسيولوجي بوحدتين، يعبر عن الحد الأقصى المطلق لاستهلاك الأكسجين بعدد الليترات المستهلكة من الأكسجين في الدقيقة الواحدة، ويعبر عن الحد الأقصى النسبي لاستهلاك الأكسجين بعدد المليليترات المستهلكة من الأكسجين مقابل كل كيلوغرام من وزن الجسم في الدقيقة الواحدة.
نظراً لأن الأكسجين تستخدمه كل خلايا وأنسجة الجسم، لذا نجد أن الأفراد كبار الحجم يستخدمون كميات كبيرة من الأكسجين تفوق الكميات التي يستخدمها الأفراد الأقل في الحجم (الوزن) في وقت الراحة وأثناء المجهود البدني، ولهذا يجب أن تتم المقارنة بين الأفراد في استهلاك الجسم للأكسجين على أساس وزن الجسم أي باستخدام الحد الأقصى النسبي لاستهلاك الأكسجين.
وهو الكمية القصوى للأكسجين التي يمكن للفرد لجسم الانسان امتصاصها على مستوى الجهاز الرئوي، ونقلها على مستوى الجهاز القلبي- الوعائي، واستعمالها على مستوى الجهاز العضلي وهي تتأثر بالتدريب.
يعتبر الكثير من الخبراء الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين أحسن مؤشر يعبر عن كفاءة الأجهزة الوظيفية في صورة الجهاز القلبي الدوراني والقلبي التنفسي أي مدى تحسن مستوى صفة التحمل .
كما أكدت دراسات سنة 1973 أن تدريب شخص عادي لأول مرة لمدة 30 قيقة ثلاث مرات أسبوعيا لمدة ستة أشهر بشدة 75% من الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين تسجل تحسنا بنسبة من (15-20) %، ويبلغ متوسط نسبة الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين عند لاعب كرة القدم المستوى العالي حسب دراسات 1998) ما قيمته 65 مل/كغ/د، وكلما كان مستوى الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين مرتفع، كلما ساهم في خفض نسبة تراكم حمض اللبن.
ومن المؤشرات الفسيولوجية المتحكمة في مستوى الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين، كفاءة عمليات تثبيت الأكسجين من الهواء الموجود في الجو، كفاءة وظيفة القلب والرئتين والأوعية الدموية في توصيل أكسجين هواء الشهيق من الرئتين إلى الدم، كفاءة عمليات توصيل الأكسجين إلى الأنسجة بواسطة كريات الدم الحمراء ، أي السلامة الوظيفية للقلب ، حجم الدم ، عدد الكريات الحمراء وتركيز الهيموغلوبين. وقدرة الأوعية الدموية على تحويل الدم من الأنسجة غير العاملة الى العضلات العاملة أين تزداد الحاجة للأكسجين، كفاءة عمليات التمثيل الغذائي لإنتاج الطاقة.
يتأثر مستوى الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بمجموعة من العوامل هي الجانب الوراثي، بينت دراسات على نوعين من التوأم الأول حقيقي كانت فيه مستويات الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين متساوية والثاني توأم غير حقيقي أين سجل اختلاف بين كل زوج في نسبة الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين ، ويضيف أخرون أن الوراثة تحدد ما نسبته (25-50) % من قيمة الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين.
تزداد قيمة الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين خلال الطفولة و المراهقة حتى تبثث بين سن 20 إلى 30 سنة، ومن ثَم تتناقص حتى سن الـ 60. ويرى العلماء أن بين 11 إلى 14 سنة هي الفترة الأفضل لتطوير الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين.
يبلغ الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين أقصاه في سن العشرين عند الجنسين وينقص بعد ذلك حتى سن الستين، وهذه القاعدة مرتبطة بالجنس، ويكون الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين عند الذكور أكبر منه عند الإناث وهذا عندما يبلغ ذروته أي خلال سن 20، ويستمر هذا التفوق لصالح الذكور في جميع مراحل الحياة.
يمكن أن يحصل تحسن في مستوى الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بنسبة 10 إلى 50℅ عند الأفراد الذين لا يمارسون الرياضة أو ممارسين غير منتظمين بعد العديد من الأسابيع من التدريب، كما يمكن أن يأخر التدريب الانخفاض المشروط لمستوى الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بعد سن 25 سنة بتدريب منتظم للمداومة الهوائية.
يتأثر مستوى الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين حسب نوعية النشاط الممارس بل ويتعدى التأثير ليشمل مهام المنصب في الرياضات الجماعية ففي كرة القدم نجد تغيرات حسب منصب اللعب.
ويكون قياس الاستهلاك الأقصى للأكسجين بطريقة مباشرة ومعملية من خلال متغيرات قياس التبادل الغازي ويتطلب ذلك مختبراً مجهزاً بالأجهزة اللازمة لقياس نسبة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون وحجم التهوية الرئوية، حيث يعرض المفحوص إلى بذل أقصى جهد بدني ممكن باستخدام السير المتحرك أو الدراجة الثابتة. ويتم خلال ذلك قياس أقصى
استهلاك للأكسجين لديه عن طريق معرفة نسبة الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في هواء الزفير وكذلك معرفة حجم هواء الزفير في الدقيقة، ومن ذلك يمكن معرفة الاستهلاك الأقصى للأكسجين باللتر في الدقيقة.
وللتأكد من أن المفحوص قد حقق المستوى الحقيقي لاستهلاكه الأقصى للأكسجين يتفق الكثير من المختصين على وجوب تحقيق الشروط التالية، كوصول المفحوص على ضربات القلب القصوى المتوقعة لديه، وأن مستوى استهلاك الأكسجين أخذ في الاستقرار أو الزيادة البسيطة جداً على الرغم من زيادة الجهد البدني، ويشترط وصول حمض اللبن إلى مستوى أعلى من 8 ملى مول.
فضلاً عن أن الطرق المعملية تتطلب مختبرا مجهزاً بالأدوات اللازمة لقياس استهلاك الأكسجين فهي غير عملية عند اختبار عدد كبير من المفحوصين وعلى نطاق واسع لما يتطلبه ذلك من جهد ودقة وتكلفة أيضاً، ولهذا يكثر استخدام الطرق غير المباشرة أو الميدانية والتي يتم من خلالها تقدير وليس قياس الاستهلاك الأقصى للأكسجين، ومعظم الاختبارات غير المباشرة لتقدير الاستهلاك الأقصى للأكسجين مبنية على افتراض أن هناك علاقة خطية بين ضربات القلب واستهلاك الأكسجين أثناء الجهد البدني وتتلخص هذه الطريقة في الاختبارات الأتية، فتوجد العديد من الاختبارات التي تستخدم السير المتحرك لقياس اللياقة الهوائية وتقدير الاستهلاك الأقصى للأكسجين، توجد العديد من الاختبارات التي تستخدم الدراجة الثابتة لتقدير الاستهلاك الأقصى للأكسجين .
وتصنف اختبارات الخطوة الهوائية كاختبارات أداء أقل من الأقصى، وتتأسس بشكل عام على العلاقة الخطية بين العبء الجهدي ومعدل القلب والحد الأقصى للأكسجين، حيث يقوم المفحوص بعمل الخطوات صعوداً وهبوطاً على صندوق الخطوة حتى يصل إلى جهد ومعدل قلب معين أو زمناً محدداً. ومن ثم يتم تقويم القدرة الهوائية عن طريق الاستجابات التي تحدث لمعدل القلب .
كما تصنف اختبارات جري المسافة كاختبارات ميدانية تستخدم لقياس الحد الأقصى لاستهلاك الأكسجين بطريقة غير مباشرة. وتستخدم في العادة شدة أقل من القصوى خلال فترات الأداء التي تمتاز بأنها طويلة نسبياً. وتتميز بإمكانية تطبيقها على أعداد كبيرة نسبياً من الأفراد دفعة واحدة مما يؤدي إلى توفير عامل الوقت، وتوجد العديد من اختبارات جري المسافة لتقويم اللياقة الهوائية لعل من أكثرها انتشاراً اختبار جري لمدة 12 دقيقة واختبار جري لمدة 5 دقائق.
