Die Anpassung der »Verbrennungsmaschine Mensch« an eine höhere körperliche Belastung bedeutet vor allem eine Steigerung des Sauerstofftransports zum Muskel. Dies fordert eine erhebliche Leistungssteigerung von Atmung und Kreislauf. Die Kreislaufreaktionen bei verschiedenen Belastungsformen und Sportarten sind sehr unterschiedlich, entsprechend unterschiedlich sind auch die positiven Anpassungseffekte bzw. die relativen Gefahrenmomente bei verschiedenen Sportarten. Aus diesem Grund sollten die Grundzüge der Anpassung von Atmung und Kreislauf unter Belastung bekannt sein. Besonders wichtig ist dies, wenn der Sport aus Gesundheitsgründen betrieben wird, z. B. zur Vorbeugung oder Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
Der Sauerstofftransport wird durch zwei hintereinander geschaltete Transportsysteme bewerkstelligt, Atmung und Blutkreislauf. Bei Gesunden wirkt im allgemeinen immer das Herz-Kreislauf-System leistungsbeschrankend, da die Reserven der Atmung viel hoher sind als die des Kreislaufs. Bei krankhaften Zustanden, z. B. wenn durch eine chronische Lungenerkrankung die Leistungsbreite der Atmung starker eingeschränkt ist als die des Kreislaufs, kann auch die Atmung zum schwächsten Glied in der Transportkette und damit leistungsbeschrankend werden.
Unter körperlicher Belastung wird zunächst durch die Atmung mehr Sauerstoff in das Blut gebracht. Der verstärkte Transport zur Muskulatur erfolgt dann durch eine Steigerung des Blutkreislaufs. Diese Steigerung geschieht vor allem durch die Herzschlagzahl (Pulsfrequenz). In Ruhe schlagt unser Herz bekanntlich 60- bis 70mal pro Minute. Unter Belastung kann diese Schlagzahl beim jungen gesunden Menschen auf ca. 200 pro Minute gesteigert werden. Mit zunehmendem Lebensalter werden allerdings so hohe Pulszahlen nicht mehr erreicht. Die Anpassung der Pulsschlagzahl geschieht über die Muskulatur. In der Muskulatur existieren gewissermaßen Stoffwechselfühler, die beurteilen, ob der Muskel mehr oder weniger Sauerstoff benötigt. Steigt unter Belastung der Sauerstoffbedarf, wird von diesen Stoffwechselfühlern über die Nerven an das Kreislaufsystem der Impuls gegeben, die Schlagzahl des Herzens zu erhöhen. Dies geschieht über das unbewusste Nervensystem (Sympathikus). Auf diesem Wege wird die für eine bestimmte Belastung erforderliche Herzschlagzahl und damit Kreislaufleistung eingestellt.
Neben der Pumpleistung des Herzens ist noch eine zweite Größe entscheidend, der aufzubringende Blutdruck. Die Art und Weise, wie bei unterschiedlichen Belastungsformen der Blutdruck reagiert, entscheidet weitgehend über deren gesundheitlichen Wert. Auf die Herz-Kreislauf-Reaktionen unter Belastung nehmen sehr zahlreiche und unterschiedliche Faktoren Einfluss. Wichtig hierfür ist vor allem das Verhältnis von Kraft zu Bewegung bei einer Belastung. Steht die Bewegung im Vordergrund, also die Verkürzung des Muskels, wie beim Laufen, steigt der Blutdruck kaum an. Das Herz pumpt zwar mehr Blut, weil jedoch die Blutgefäße entsprechend weiter gestellt werden, muss dies nicht zu einer Blutdrucksteigerung führen.
Anders sieht dies aus bei Kraftbelastungen. Hierbei werden durch den Druck der Muskulatur die Blutgefäße eingeengt, der Widerstand in den Gefäßen kann nicht abfallen, der Blutdruck steigt an. Zu ganz besonders hohen Blutdrucksteigerungen kommt es immer dann, wenn maximal Kraft eingesetzt wird, beispielsweise beim Gewichtheben oder Bodybuilding. Hier kommt ein Reflex zum Tragen, der mit dem Begriff des Pressdrucks oder auch als Valsava-Manöver bezeichnet wird. Um den Brustkorb und die Wirbelsäule als Muskelansatz zu stabilisieren, wird der Druck im Brustraum sehr stark erhöht. Dieser hohe Druck übertragt sich auf das Blutgefäßsystem. Hierdurch entstehen Blutdruckspitzen von weit mehr als 300 mm Hg. Es liegt auf der Hand, dass solch hohe Blutdruckwerte bei vorbestehender Herz-Kreislauf-Erkrankung gefährlich werden können.
Viele Sportarten liegen in ihrer Kreislaufcharakteristik zwischen den beiden hier aufgezeichneten Extremen. So ist beispielsweise beim Radfahren der Krafteinsatz gegenüber dem Laufen leicht, beim Rudern deutlich erhöht. Entsprechend ist die Blutdrucksteigerung für das Radfahren mäßig, für das Rudern deutlich höher als beim Laufen, ohne die Werte bei einem reinen Krafttraining zu erreichen.
Neben dem Verhältnis von Kraft zu Bewegung haben auch noch andere Faktoren Einflug auf das Kreislaufgeschehen. Dies sind insbesondere Umgebungsfaktoren. Besonders wichtig ist hier ein gesteigerter Umgebungsdruck, wie beispielsweise der Druck des Wassers beim Schwimmen, der den Blutdruck deutlich erhöht. Auch die Temperatur ist ein wichtiger Faktor. Sport in sehr warmer Umgebung bedeutet beispielsweise eine vermehrte Hautdurchblutung zur Abgabe der Muskelwarme. Dies bringt für den Kreislauf eine erhöhte Pumpleistung mit sich. Umgekehrt kommt es in kalter Umgebung zu einer Engstellung der Blutgefäße in der Haut, hierdurch steigt der Blutdruck an. Bei Herzpatienten können dann Beschwerden ausgelost werden.
Nicht zuletzt sollte bei den Kreislaufreaktionen im Sport auch an die psychische Reaktion gedacht werden. Der Stress bzw. die Spannung im Wettkampf kann zu einem erheblichen Kreislaufreiz führen. Dies ist besonders bei einer vorbestehenden Herz-Kreislauf-Schädigung, etwa bei der Frage, ob ein Patient nach Herzinfarkt Tennis spielen darf, zu berücksichtigen.