Sporta fizioloģija ir darba fizioloģijas apakšnozare. Darba fizioloģija ir mācība par organisma struktūras un funkciju izmaiņām akūtu fizisku slodžu ietekmē, ko izraisa vingrinājumi vai fiziska aktivitāte, un hronisku fizisku slodžu ietekmē, ko izraisa regulāri treniņi. Sporta fizioloģija un darba fizioloģija pēta arī organisma darbspēju izmaiņas un pielāgošanos mainīgos ārējās vides apstākļos (karstumā, aukstumā, kalnos, ūdenī). Rietumu un Amerikas Savienoto Valstu (ASV) mācību iestādēs darba un sporta fizioloģija netiek nodalīta – abas tiek apgūtas kopā.

Sporta fizioloģijas praktiskā nozīme saistīta ar cilvēka darbspēju novērtēšanu, izmantojot laboratorijas un lauka testus, testu izmantošanu talantīgu jauno sportistu atlasei; specifisku testu izstrādāšanu atbilstoši katra sporta veida īpatnībām (tas ietver nodarbinātās muskuļu grupas, kustību tehniku, nepieciešamo spēku, jaudu, slodzes ilgumu) treniņu procesa efektivitātes novērtēšanai; ieteikumu izstrādāšanu treniņu procesa uzlabošanai (slodžu intensitātei, ilgumam, treniņu nodarbību biežumam, konkrētu vingrinājumu izvēlei) un ātrākai aklimatizācijai neparastiem ārējās vides apstākļiem. Teorētiskā nozīme: noteiktu cēloņsakarību, likumu un teoriju izveidošana, kas izskaidrotu norises organismā un to cēloņus akūtu un hronisku fizisku slodžu (treniņu) un mainīgu ārējās vides apstākļu ietekmē morfoloģiskā, funkcionālā, bioķīmiskā un ģenētiskā līmenī.

Sporta fizioloģija saistīta ar anatomiju, fizioloģiju un medicīnu. Fizioloģija ietver bioķīmijas, kustību biomehānikas, fizikas un ģenētikas zināšanas, tāpēc jauni sasniegumi sporta fizioloģijā iespējami, dažādu medicīniski bioloģisko nozaru pētniekiem apvienojoties.

Sporta fizioloģijā ir vairākas teorijas. Viena no tām – Arčibalda Viviana Hilla (Archibald Vivian Hill) hipotētiskā teorija par skābekļa parādu atjaunošanās periodā pēc fiziskas slodzes. Teorija radusies, mēģinot izskaidrot un pamatot eksperimentāli noteikto skābekļa patēriņa dinamiku atjaunošanās periodā pēc dažādas intensitātes un ilguma slodzēm. Atjaunošanās jeb reģenerācija ir procesu kopums organismā pēc fiziska treniņa. Šo procesu ietekmē organisma vielmaiņa atgriežas miera stāvokļa līmenī un pielāgojas intensīvākam darbam atbilstoši sporta slodzēm (ilgums 5–48 stundas). Atjaunošanās periodā intensīvāk darbojas glikolīzes un aerobo reakciju fermenti, notiek treniņā radušos vielmaiņas starpproduktu (pienskābes) likvidācija un galaproduktu (kreatinīna, urīnvielas) izvadīšana, muskuļu darbam nepieciešamo enerģijas resursu atjaunošana (kreatīnfosfāts, glikogēns), intensīvāka muskuļu olbaltumvielu sintēze. Nervu, endokrīnās un imūnās sistēmas darbība atgriežas miera stāvokļa līmenī.

Sporta fizioloģijā faktu materiāls tiek iegūts, izmantojot eksperimentālo pētīšanas metodi laboratorijas apstākļos vai veicot lauka novērojumus un testus sportistiem dabiskā vidē.

Lai novērtētu cilvēka akūtu (tūlītēju) organisma atbildes reakciju uz fiziskiem vingrinājumiem, tiek veikti slodžu testi laboratorijas apstākļos. Tajos tiek izmantoti ergometri precīzai slodzes dozēšanai. Tiek izvēlēti sporta veidam pēc iespējas specifiski ergometri, kur tiek nodarbinātas tās pašas muskuļu grupas, kas attiecīgajā sporta veidā dabiskos apstākļos. Riteņbraucējiem izmanto testus uz veloergometra, distanču skrējējiem un futbolistiem – testus uz slīdceliņa, airētājiem – airēšanas ergometrus. Pirms slodzes, tās laikā un pēc slodzes tiek noteikti organisma funkcionālie rādītāji (sirdsdarbības frekvence, arteriālais asinsspiediens, elpošanas frekvence, skābekļa patēriņš), asiņu vai citu organisma substrātu bioķīmiskie rādītāji.

Akūtu organisma reakciju uz slodzi var noteikt arī lauka novērojumos, sportistiem esot dabiskos apstākļos. Piestiprinot ķermenim nelielas mērierīces un izmantojot telemetrijas metodi, var reģistrēt sirdsdarbības frekvenci, elektrokardiogrammu, elektromiogrammu, ķermeņa serdes vai ādas temperatūru.

Hronisku organisma pielāgošanos regulāriem treniņiem var pētīt, izmantojot eksperimentu metodi. Šķērsgriezuma eksperimentu veic vienlaicīgi lielam skaitam cilvēku, kas sadalīti grupās ar atšķirīgu sporta kvalifikāciju, treniņu veidu, uztura bagātinātāju lietojumu un citām pazīmēm. Eksperimenta beigās tiek salīdzināti sportistu grupu vidējie rādītāji (funkcionālie, bioķīmiskie un citi). Longitudinālais eksperiments norisinās ilgākā laika posmā, atkārtoti veicot mērījumus vieniem un tiem pašiem cilvēkiem, kuri sadalīti eksperimentālajā grupā (treniņos izmanto jaunus vingrinājumus, trenažierus, lieto uztura bagātinātājus) un kontrolgrupā (nemaina treniņus, nelieto uztura bagātinātājus). Longitudinālā eksperimenta gaitā salīdzina noteiktu funkcionālo, morfoloģisko vai bioķīmisko rādītāju izmaiņas abās grupās. Mērījumus var veikt gan laboratorijas apstākļos (piemēram, noteikt anaerobo slieksni slodzes testā), gan novērtēt sporta rezultātu dinamiku lauka novērojumos.

Sporta fizioloģijas pirmsākumi ir senajā Grieķijā, Tuvajos Austrumos un senajā Ķīnā. Senās sacensības attīstījušas sākotnējos priekšstatus par vingrinājumiem un treniņiem. Vislielāko ietekmi uz Rietumu civilizāciju atstājuši sengrieķu ārstu darbi. Nozīmīgākais bijis Galēns (Γαληνός). Viņš detalizēti aprakstījis dažādu veidu un intensitātes fizisku slodžu ietekmi uz organismu, precīzi minot slodžu dozējumu – ilgumu un intensitāti.

Modernās sporta fizioloģijas aizsākumi meklējami renesanses laikmetā. Šī laikmeta pārstāvis ir itāliešu ārsts Hieronīms Merkuriāls (Geronimo Mercuriali), kurš publicējis darbu par fiziskiem treniņiem, vingrinājumiem un veselību “Vingrošanas māksla” (De Arte Gymnastica, 1569). Sporta fizioloģija strauji attīstījās 19. gs. Viens no pirmajiem amerikāņu ārstiem un fiziologiem bija Ostins Flints (juniors) (Austin Flint Jr.). Viņš fiziskās audzināšanas skolotājiem radījis priekšstatu par to, ka muskuļu vingrinājumi var tikt zinātniski un eksperimentāli pamatoti. Regulāri treniņi izraisa hroniskas organisma (sirds un asinsrites, elpošanas, vielmaiņas) un muskuļu (to izmēru, masas, maksimālā spēka, izturības, asinsvadu tīkla blīvuma) adaptācijas reakcijas noteikta rakstura slodzēm jeb konkrētam sporta veidam (spēka, ātrspēka vai izturības) atkarībā no treniņu slodžu intensitātes, ilguma, apjoma un biežuma. O. Flints veicis pētījumus sirds un asinsrites fizioloģijā. Viņa mācību grāmata ietvēra daudzus sporta fizioloģijas aspektus: ķermeņa pozas un fiziskās slodzes ietekmi uz sirdsdarbības frekvenci, muskuļu aktivitātes ietekmi uz elpošanu, muskuļu darbības ietekmi uz slāpekli saturošu vielmaiņas produktu izvadīšanu no organisma. O. Flints bija pirmais profesors ar praktisku pieredzi medicīnā un zinātnisku ievirzi. Viņš izglītoja fiziskās audzināšanas speciālistus.

Džordžs Vells Fics (George Well Fitz) 1891. gadā nodibinājis Anatomijas, fizioloģijas un fizisko treniņu katedru Hārvarda Universitātē (Harvard University). Viņš konstruēja jaunas mērierīces un nodibināja Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV) pirmo darba fizioloģijas laboratoriju. Tā bija paredzēta mācību procesam. Laboratorijā studenti pētīja fizisku vingrinājumu ietekmi uz asinsriti, elpošanu, muskuļu nogurumu, vielmaiņu un nervu sistēmu. Dž. V. Fics publicēja darbus par muskuļu krampjiem, aizsargtērpu valkāšanas nozīmi, mugurkaulāja izliekumiem, ogļskābās gāzes izdalīšanās mērījumiem elpojot, vienkāršo un komplekso kustību ātrumu un precizitāti.

Angļu fiziologs A. V. Hills 1921. gadā saņēmis Nobela prēmiju fizioloģijā un medicīnā par izpētīto siltuma produkcijas un muskuļu darba nodrošinājumu ar enerģiju slodzēs un atjaunošanās periodā. A. V. Hills veicis testus ar skrējējiem. Viņa rīcībā bija aparatūra, kas deva iespēju mērīt skābekļa patēriņu fiziskas slodzes un atjaunošanās periodā. Balstoties uz skābekļa patēriņa mērījumiem, viņš izstrādāja teoriju par muskuļu darba nodrošinājumu ar enerģiju, ieviešot jēdzienus “skābekļa deficīts”, “skābekļa parāds” un citus.

1927. gadā, vairākus gadus pēc Dž. V. Fica laboratorijas likvidācijas, Hārvarda Universitātē tika nodibināta pirmā pasaules nozīmes zinātniskā darba fizioloģijas laboratorija ASV – Hārvarda noguruma laboratorija. Laboratoriju nodibināja bioķīmiķis Lorenss Džozefs Hendersons (Lawrence Joseph Henderson), kurš atzina par svarīgu cilvēka kustību fizioloģijas izpēti, īpaši akcentējot ārējās vides faktoru (karstuma, aukstuma) iedarbību uz darbspējām. Laboratorijas direktors bija fizikālais ķīmiķis Deivids Brūss Dills (David Bruce Dill) no Stanforda Universitātes (Stanford University). D. B. Dilla personiskā draudzība ar ārstu Ārliju Boku (Arlie Bock) un kontakti ar Nobela prēmijas laureātu A. V. Hillu deva iespēju piesaistīt laboratorijai jaunos pētniekus no 15 pasaules valstīm. Laboratorija kļuva pasaules slavena ar izciliem pētījumiem un sagatavoja jauno darba fiziologu paaudzi. Hārvarda noguruma laboratorijas pētnieki 20 pastāvēšanas gados (1927–1946) publicēja vairāk nekā 350 zinātnieku rakstu un monogrāfiju darba fizioloģijā, tajā skaitā darbus par asins bioķīmisko analīžu metodoloģiju, ieteica vienkāršas metodes izelpotā gaisa gāzu sastāva analīzei, pētīja akūtas organisma reakcijas uz fizisku slodzi un hronisku organisma reakciju uz regulāru fiziskās slodzes izraisītu stresu dažādos ārējās vides apstākļos (kalnos, karstumā, aukstumā). Laboratorijas pētnieki datus ieguva, pētījumos iesaistītajiem cilvēkiem veicot dozētu slodzi uz veloergometra un slīdceliņa. Šie pētījumi lika pamatus tālākai sporta fizioloģijas attīstībai, ietvēra cilvēka veiktās slodzes un darbspēju novērtējumu, noteica organisma asinsrites atbildes reakcijas maksimālas fiziskas slodzes laikā, skābekļa patēriņa un enerģētisko substrātu izmantošanas kinētiku slodzēs, vielmaiņu fiziskās slodzēs un atjaunošanās periodā pēc slodzēm un maksimālo skābekļa patēriņu.

Ziemeļeiropas valstīs sporta fizioloģijas pamatus likuši dāņu un zviedru zinātnieki. 1909. gadā Kopenhāgenas Universitātē (Københavns Universitet) Dānijā tika nodibināta Anatomijas, fizioloģijas un vingrošanas teorijas katedra, kuru sākumā vadīja ārsts Johanness Lindhards (Johannes Lindhard), vēlāk Augusts Krogs (August Krogh) – zinātnieks, kurš specializējās fizioloģiskajā ķīmijā un pētīšanas mērierīču konstruēšanā, veica klasiskus eksperimentālus pētījumus darba fizioloģijā. J. Lindhards un A. Krogs pētīja gāzu maiņu plaušās, izmērīja asinsrites pārdali dažādas intensitātes fiziskajās slodzēs un noteica asinsrites un elpošanas sistēmu raksturlielumu kvantitatīvo dinamiku, izpildot fiziskus vingrinājumus. 1910. gadā A. Krogs veica vairākus eksperimentālus pētījumus par gāzu apmaiņu plaušās difūzijas ceļā, kā arī kalnu apstākļu ietekmi uz šo procesu, noraidot iepriekšējos priekšstatus par to, ka plaušas sekretē skābekli. 1920. gadā par asins plūsmas kontroles pētījumiem skeleta muskuļos miera stāvoklī un slodzes laikā viņš saņēma Nobela prēmiju fizioloģijā un medicīnā.

Erlings Asmusens (Erling Asmussen) specializējās muskuļšķiedru arhitektūrā un mehānikā. Viņš publicējis pētījumus par muskuļu spēku un darbspējām, izmaiņām elpošanā un asinsritē kā atbildes reakciju uz ķermeņa pozas maiņu un noteiktu slodzes intensitāti, maksimālajām darbspējām vingrinājumos, kas izpildīti ar rokām un kājām, oksidatīvajiem procesiem muskuļos kā atbildes reakciju uz fiziskiem vingrinājumiem, salīdzinājis pozitīvo un negatīvo darbu, hormonālo un ķermeņa serdes temperatūras atbildes reakciju uz dažādas intensitātes fiziskām slodzēm un elpošanas funkcijas izmaiņas pazeminātas skābekļa koncentrācijas apstākļos.

Zviedrijā sporta fizioloģija sākās ar Pēra Henrika Linga (Per Henrik Ling) darbību, kurš 1813. gadā kļuva par Stokholmas Karaliskā centrālā vingrošanas institūta direktoru. Būdams paukošanas speciālists, viņš izmantoja savas zināšanas anatomijā, fizioloģijā un radīja ārstniecisko vingrošanu, kura 1820. gadā tika iekļauta mācību procesā zviedru studentiem.

Pērs Ūlofs Ostrands (Per-Olof Åstrand) ir slavenākais zviedru sporta fizioloģijas pārstāvis, veicis pētījumus eksperimentālajā darba fizioloģijā. Skandināvu pētnieki un ASV pētnieks Fils D. Gollicks (Phil Gollick) no Vašingtonas aizsāka virzienu sporta fizioloģijā: muskuļu paraugu histoloģiskus, bioķīmiskus un histoķīmiskus pētījumus.

Norvēģu zinātnieks Pērs Šolanders (Per Scholander) attīstījis gāzu analīzes metodi un izveidojis elpojamo gāzu analizatoru. Ārsts un pētnieks Marti Karvonens (Martti Karvonen) ieviesis vispārējās izturības treniņu intensitātes dozēšanas metodi pēc optimālās sirdsdarbības frekvences.

20. gs. pētījumu rezultātā tika iegūtas jaunas plašas zināšanas par fizisko aktivitāti un darba fizioloģiju, sākot no muskuļu darbības molekulāro, bioķīmisko un ģenētisko mehānismu izpētes līdz fizioloģisko pamatu izveidošanai sporta treniņiem, darbspēju novērtēšanai, fiziskās aktivitātes iedarbības noteikšanai uz cilvēka veselību. Pētījumi tiek turpināti, lai pamatotu treniņu slodžu dozējumu (ilgumu, intensitāti, apjomu, biežumu) un plānošanu, atjaunošanās un darbspēju veicinošo metožu un līdzekļu izmantošanu, balstoties uz integrētiem pētījumiem fizioloģijā, bioķīmijā, biomehānikā un ģenētikā. Aktuāli ir izstrādāt precīzas darbspēju un treniņu efektivitātes noteikšanas metodes un testus, īpaši ātrspēka un spēka izturības mērīšanai, jo pašreiz laboratorijā var precīzi un pamatoti noteikt tikai aerobo izturību. Aktuāli pētījumu objekti ir cilvēka darbspējas un to uzlabošanas iespējas ekstremālos ārējās vides apstākļos (karstumā, nirstot dziļi ūdenī, bezsvara stāvoklī kosmosā u. c.), rekomendējamās fiziskās slodzes cilvēkiem dažādu slimību gadījumā (ar ķermeņa aptaukošanos, paaugstinātu arteriālo asinsspiedienu, pēc ilgstošas hipodinamijas u. c.), darbspēju izmaiņas, to attīstīšanas un saglabāšanas iespējas, cilvēkam augot un novecojot.

Nozīmīgākās pētniecības iestādes sporta fizioloģijā mūsdienās ir Karolinskas institūts (Karolinska Institutet) jeb Medicīnas universitāte Stokholmā, Zviedrijā, Muskuļu pētniecības centrs (Kopenhāgena, Dānija), Jivaskilas Universitātes (Jyväskylän yliopisto) Neiromuskulārās pētniecības centrs Somijā, Angļu Sporta institūts Mančesterā, Lielbritānijā, Angļu Sporta institūts Bukinghamšīrā, Lielbritānijā, Merilendas universitāte (University of Maryland) ASV, Teksasas Universitāte (University of Texas) Ostinā, ASV, Viktorijas Universitātes (Victoria University) Sporta, vingrinājumu un aktīvā dzīvesveida institūts (Melnburna, Austrālija), Auklandes Tehnoloģijas universitātes (Auckland University of Technology) Sporta darbspēju pētīšanas institūts Jaunzēlandē.

Svarīgākie periodiskie izdevumi: Journal of Applied Physiology (publicē pētījumus lietišķās fizioloģijas dažādās jomās, izdod Amerikas Fiziologu asociācija, iznāk kopš 1948. gada); Medicine and Science in Sports and Exercise (sporta medicīnas un fizioloģijas žurnāls, izdod Amerikas Sporta medicīnas koledža (American College of Sports Medicine) kopš 1969. gada); Exercise and Sport Sciences Rewievs (publicē pārskata rakstus sporta medicīnas un zinātnes jomās, izdod Amerikas Sporta medicīnas koledža kopš 1973. gada kā gadagrāmatu, kopš 2000. gada kā žurnālu); International Journal of Sports Medicine (publicē fundamentālus un lietišķus pētījumus sporta medicīnā, fizioloģijā un bioķīmijā, izdod izdevniecība Thieme Vācijā, iznāk kopš 1980. gada); Sports Medicine (saista pētniecību ar praksi fiziskās aktivitātes un veselības veicināšanā, cilvēka darbspēju noteikšanā un izpratnē, treniņu un uztura rekomendāciju pamatošanā, izdod izdevniecība Springer, iznāk kopš 1984. gada), Scandinavian Journal of Medicine and Science in Sports (publicē pētījumus sporta medicīnas, ortopēdijas, rehabilitācijas, sporta fizioloģijas, bioķīmijas un biomehānikas un citās sporta zinātnes jomās, izdod Skandināvu Medicīnas un sporta zinātnes biedrība kopš 1991. gada), European Journal of Sports Scienes (intradisciplinārs un starpdisciplinārs sporta zinātnes žurnāls, izdod Eiropas Sporta zinātnes koledža (European College of Sport Science), iznāk kopš 2001. gada), International Journal of Sports Physiology and Performance (publicē pētījumus sporta fizioloģijā. Pētījumus var izmantot praksē sportisko darbspēju uzlabošanā. Izdod izdevniecība Human Kinetics, iznāk kopš 2006. gada).