Die meisten Organismen, einschließlich des Menschen, benötigen Sauerstoff, um normal zu funktionieren und zu überleben. Es gibt einige Organismen, die keinen Sauerstoff benötigen und ihn tatsächlich als giftig empfinden. Es gibt auch eine Gruppe von Organismen, die sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von Sauerstoff funktionieren können. Ein System, das Sauerstoff benötigt, wird als aerobes System bezeichnet, und eines, das keinen Sauerstoff benötigt, wird als anaerobes System bezeichnet.
Die meisten Aktivitäten der Zellen des menschlichen Körpers benötigen Sauerstoff, um ihre täglichen Funktionen erfüllen zu können. Es gibt jedoch einige Gewebe, die ohne Sauerstoff kurzzeitig arbeiten können. Ein Beispiel sind Muskelzellen. Muskeln können mit einem anaeroben System für eine begrenzte Zeit arbeiten, bevor Sauerstoff benötigt wird. Selbst für eine kurze Zeit anaerob zu arbeiten, gibt es ziemlich gravierende Auswirkungen, die korrigiert werden müssen.
Für lange Zeiträume ununterbrochener Aktivität, wie zum Beispiel beim Langstreckenlauf, verwenden die Muskeln ein aerobes System und verbrennen Sauerstoff, um die erforderliche Energie zur Aufrechterhaltung der Aktivität bereitzustellen. Bei kurzen heftigen Aktivitätsausbrüchen wie Sprinten können die Muskeln in Abwesenheit von Sauerstoff Glukosemoleküle abbauen. Ein anaerobes System wird oft für kurze Zeit verwendet, wenn das Blut den Sauerstoff nicht schnell genug zu den arbeitenden Muskelzellen transportieren kann. Leider kann dieses System aus einer Reihe von Gründen nicht unbegrenzt verwendet werden.
Energie wird in Zellen in einer Chemikalie namens Adenosintriphosphat oder ATP gespeichert. Normalerweise wird genug ATP in den Muskelzellen gespeichert, um etwa 20 – 30 Sekunden Aktivität zu ermöglichen, bevor mehr produziert werden muss. ATP wird während der Atmung durch den Abbau von Glukosemolekülen in den Zellen produziert. Je nachdem, ob Sauerstoff zur Verfügung steht, wird durch aerobe oder anaerobe Atmung das ATP produziert. Das aerobe System ist viel effizienter und produziert viel mehr ATP, aber das anaerobe System wird für die ersten Minuten des Trainings verwendet.
Ein weiteres Produkt der Atmung ist Kohlendioxid. Wenn die Menge an Kohlendioxid im Blutkreislauf zunimmt, regt es das Herz an, schneller zu pumpen. Dies wiederum führt dazu, dass mehr sauerstoffreiches Blut durch den Körper transportiert wird, auch zu den Muskelzellen, die es benötigen, um weiter zu atmen und weiteres ATP zu produzieren. Sinkt der Sauerstoffgehalt in den Zellen, beginnt das anaerobe System zur Atmung wieder.
Milchsäure ist ein giftiges Produkt der anaeroben Atmung des Menschen. Wenn das anaerobe System längere Zeit andauert, beginnt es sich im Gewebe aufzubauen. Der Aufbau von Milchsäure führt zu einer Ermüdung der Muskeln und kann schmerzhafte Nebenwirkungen wie Muskelkrämpfe verursachen. Diese Sauerstoffschuld muss nach Beendigung der Tätigkeit so schnell wie möglich zurückgezahlt werden. Schnelles und tiefes Atmen hilft dabei, so viel Sauerstoff wie möglich in den Körper zu bekommen, der von den Zellen verwendet wird, um die Milchsäure in Kohlendioxid und Wasser aufzuspalten.