A tápanyagok azok a szerves molekulák (szénhidrátok, fehérjék, zsírok), melyek olyan kötésben tartalmaznak hidrogént, hogy azt kémiai reakciók (oxido-redukciók) révén képesek átadni speciális hidrogénszállító molekuláknak, rendszereknek.

Ezen hidrogén átadás során képződő molekulákat (NADH, FADH2) a sejt képes úgy oxidálni, hogy ehhez kapcsolódóan egy un. endergonikus foszforiltranszfer (foszfor átadás) történik, az ADP (adanozin-di-foszfát) foszforilálódik és ATP (adenozin-tri-foszfát) keletkezik. Az így keletkező ATP nagy energiájú foszfátkötéseket tartalmaz, e foszfátkötés hasadása során 30 kJ/mol energia szabadul fel, ez az a kémiai energia mely a szervezetben zajló folyamatok (mint például az izom-összehúzódás) energiaigényét fedezni képes.

Az energiahasznosítás középpontjában tehát az ATP áll az izmok mozgatásához, az agyban az idegrendszerben az impulzusok továbbításához, számos anyag szintéziséhez, a vesében az egyes anyagok kiválasztásához, az aktív transzporthoz és sok más folyamathoz e molekula szolgáltatja az energiát az ADP-vé való hidrolízises átalakulással.
A harántcsíkolt izomzat közvetlen energiaforrása az ATP. Nyugalomban egy 70 kg-os férfi 24 óra alatt kb. 145 kg ATP-t „fogyaszt”, azaz alakít át ADP-vé illetve foszfáttá. Ennek ellenére egy ilyen súlyú egyén hozzávetőlegesen 51 g ATP-t raktároz, azaz a szervezet egyszerre csupán ennyi ATP-t tárol. Ez a mennyiség mintegy 30 másodpercre elég nyugalomban.

Ezen mennyiségen felül is rendelkeznek a vázizomrostok nagyon gyorsan felhasználható kémiai energiaraktárral, mely kreatin-foszfát formájában van jelen ugyancsak néhány mmol/l-es koncentrációban. A kreatin-foszfát ugyan nem közvetlenül felhasználható energiaforrás, a kreatin-phoszphokináz enzim viszont képes a kreatin-foszfát + ADP  kreatin + ATP reakció révén, a kimerülő ATP- tartalék gyors pótlására.

Hasonló energiaraktározó, újrahasznosító folyamat a miokináz vagy adenilát-kináz enzim által katalizált 2 ADP=ATP+AMP reakció, ami a kontrakció során nem hasznosítható ADP molekulák felét ismét felhasználhatóvá teszi. A folyamat kimerülése, a kreatin-foszfát raktár felhasználását követően az izomaktivitás további fenntartása csak ATP-szintézis révén lehetséges.

És a hosszú és bonyolult bevezető után itt jönnek a képbe a különféle energiaszolgáltató tápanyagok. E gyorsan mobilizálható energia-források kimerülése után ugyanis az elhasználódott ATP pótlására felhasználható, s így az emlős szervezetek legfontosabb energiaszolgáltató tápanyagai a szénhidrátok, lipidek és fehérjék. Ezen kívül kisebb mennyiségben kerülnek a szervezetbe más energiát szolgáltató szerves anyagok (szerves savak és anionjaik, köztük szabad aminosavak, valamint az ember számára nem fiziológiás energiahordozó, az etil-alkohol), melyek energetikai szempontból alárendelt jelentőségűek.

A szénhidrátok a szénhidrogének polihidroxi-oxo származékai. A szénhidrátok jelentik a szervezet elsődleges tápanyagforrását a fizikai aktivitás energia-igényének fedezésére, bár a képlet ennél jóval árnyaltabb lévén a felhasznált tápanyag függ az adott a fizikai megterhelés intenzitásától, a megterhelés időtartamától, az edzettségi állapottól, sőt a táplálkozás, a diéta típusától, azaz a rendelkezésre álló tápanyagoktól is.

Alacsonyabb intenzitás mellett az aerob jelegű munkavégzés dominál, lévén az oxigén felvevő képesség nem korlátozza az aerob anyagcsere-utakat. Alacsony intenzitású edzés közben biztosítani tudjuk a sejt szintű oxigénszükséglet kielégítését.

Ilyen körülmények esetén a zsírokból nyert energia dominál, a szénhidrátok aerob módón történő lebontása mellett.
Az intenzitás növelésével az aerob küszöböt átlépve, amikor a felvehető oxigén mennyisége nem elég az oxidatív, oxigén-függő energiatermelési folyamatok fedezéséhez a szénhidrátok vállnak az elsődleges energiaszolgáltatóvá. Ahogy az edzésintenzitás növekszik úgy növekszik a szénhidrát felhasználás aránya is. A zsírsavak szubsztrátkénti elsődleges felhasználása nem tudja biztosítani a maximális oxigén felvétel 60-65 %-a fölött végzett fizikai megterheléseket. Ilyen illetve e fölötti intenzitás mellett az anaerob anyagcsere válik meghatározóvá, a szénhidrátokat a fókuszba helyezve. A glikolízis sebessége anaerob körülmények közt többszöröse annak, amit aerob körülmények közt mérni lehet (Pasteur-effektus).

Lévén a glikolízis gyors üteme nem tartható fenn tartósan, az ilyen szinten intenzív terhelés és izommunka hossza csupán néhány másodperc vagy perc lehet. Intenzív izommunka esetén erőteljes izomfáradtság lép fel, melynek oka elsősorban az intramusculáris pH csökkenése. Anaerob körülmények között a glukóz lebontása során a végtermék ugyanis a 2 laktát azaz tejsav molekula, az átalakulás 2 H felszabadulással jár, ami savas ph eltolódást jelent. Paradox módon tehát a szénhidrátok jelentik a magas intenzitású gyakorlatok közepette a test legkedveltebb energiaforrásai, mégis meglehetősen korlátozott mennyiségben tárolódnak a szervezetben. Egy 70 kg-os pihent, kevert diétát követő egyén esetében ez a májban mintegy 70 g, az izomszövetben 450 g, és az extracelluláris folyadékban 10 g szénhidrátot jelent, összesen csupán 530 g.

A szénhidrátok nem esszenciális, tehát nem nélkülözhetetlen tápanyagok, azonban az energiatermelés szempontjából a szerepük az előbbiekben tárgyaltak szerint jelentős.
Kémiai szerkezetük alapján lehetnek egyszerű szénhidrátok vagy cukrok illetve összetett szénhidrátok. Alapegységeik az un. monoszacharidok kisebb molekulákra nem bonthatók hidrolízissel. Két monoszacharidból összekapcsolt molekulák a diszacharidok, több monoszacharid egységet tartalmaznak az oligoszacharidok, míg több száz, illetve ezer monoszacharidból épülnek fel a poliszacharidok.

Táplálkozási szempontból fontos monoszaharidok a szőlőcukor (glukóz, dextróz, vércukor), a gyümölcscukor (fruktóz), galaktóz (a tejcukor alkotórésze).

Táplálkozási szempontból fontos diszacharidok: a szacharóz (nádcukor, asztalicukor mely egy molekula glukóz és egy molekula fruktóz összekapcsolódásával jön létre), a maltóz (két molekula glukóz) és a laktóz (tejcukor, mely egy molekula glukózból és egy molekula galaktózból áll).

A poliszacharidok több monoszacharid egységből felépülő szénhidrátok. Ilyenek a növényi
tartaléktápanyagként raktározott keményítő és az állati szervezetben raktározott glikogén.

Lényeges poliszaharidok az un. rostok. Diétás (élelmi) rostnak nevezzük a táplálékban lévő, az emésztőenzimek hatásának ellenálló komplex poliszacharidokat és a lignint. Két fajtáját különböztetjük meg a vízben oldódót és a nem oldódó formát. Az élelmi rostok a felső béltraktusban epesavakat kötnek meg, ezzel csökkentik a koleszterinszintet, cukorfogyasztást követően mérséklik a vércukor-emelkedést, lassítják a gyomorürülést, szabályozzák az emésztés és felszívódás folyamatát.

A vastagbélben csökkentik a tranzitidőt, továbbá csökkentik az intraluminális nyomást, növelik a széklet tömegét és ürítésének gyakoriságát, ezenkívül az itt fermentálódott rostokból rövid szénláncú zsírsavak képződnek, amik a colon epitélsejtjeit táplálják és antikarcinogén (rákellenes) hatásúak.

Az egyszerű- illetve összetett szénhidrátok szerinti osztályozásnál a sportolók részére jobban használható osztályozási rendszert jelent a glikémiás index szerinti csoportosítás. A glikémiás index azt méri, hogy hogyan reagál a vércukorszint 2 órával egy adott ételfajta adott mennyiségének elfogyasztására a glukóz ugyanilyen mennyiségű ugyanezen időpontbeli elfogyasztásához mérten. A glikémiás index egy adott ételféleség metabolikus következményét mutatja és segít kiválasztani a specifikus helyzetekhez legmegfelelőbb táplálékféleségeket.

Ennél egy fokkal még fejlettebb osztályozási rendszer az inzulin-index szerinti csoportosítás. Lévén a vércukor emelkedésnél sokkal fontosabb az, amit ez a szervezetben okoz, azaz az inzulin szekréció. Az inzulin-index az adott tápanyagféleségre adott inzulin választ méri. A glikémiás index ugyan erősen korrelál az inzulin indexszel, azonban a vércukor emelkedés, nem az egyetlen meghatározója az inzulin kibocsátásnak. A kapcsolódó kutatások meglepő eredményekre vezettek a különféle tejtermékek, vagy a szénhidrátot alig tartalmazó húsfélék vagy csokoládészeletek alacsony glikémiás index ellenére jelentős inzulin kiáramlást okoztak. Az inzulin pedig szervezetünk fő raktárosa. És bár vannak időpontok amikor emelt szintje kívánatos (például edzés után a fehérje és glikogén szintézis beindítása végett), tartósan magas élettani értéken tartva a zsírraktározás és így az elhízás elsőrendű vádlottja.

	Glikémiás érték*	Inzulin érték*
Zabpehely	60	40
Kukoricapehely	76	75
Tészta (fehérlisztből)	46	40
Rozskenyér	60	56
Fehérkenyér	100	100
Barnarizs	104	62
Fehér rizs	110	79
Burgonya	141	121
Tojás	42	31
Sajt	55	45
Marhahús	21	51
Lencse	62	58
Hal	28	59
Szárazbab	114	120
Alma	50	59
Narancs	39	60
Banán	79	81
Szőlő	74	82
Mogyoró	12	20
Jégkrém	70	89
Chips	52	61
Joghúrt	62	115
Csokoládé szelet	79	112
Fánk	63	74
Keksz	118	87
Croissant	74	79
Torta (krémes)	56	82

Az emberekben a táplálkozással bejutott szénhidrátok kizárólagos felszívódási formái a monoszacharidok (glukóz, galaktóz, fruktóz). A véráramba került monoszacharidok fő fogyasztója és átalakítója a máj. A szervezetben elsődleges szénhidrát forma a vércukor vagy glukóz. E forma a májban oxidálódhat, glikogén formájában raktározódhat, vagy más tápanyagféleséggé alakulhat (pl. zsírsavvá, aminosavvá), de az izomsejtekhez is szállítódhat, ahol szintén raktározódhat, illetve közvetlenül felhasználódhat energiatermelés céljából. A fruktóz és a galaktóz metabolizmusára jellemző, hogy olyan intermedierek keletkeznek, amelyek vagy a glikolízis vagy a glukoneogenezis folyamataiban alakulnak tovább, tehát közvetlenül nem használódhatnak fel. A fruktózt az izom nem hasznosítja közvetlenül, ennek oka a fruktokináz enzim hiánya, így a fruktóz, mint tréninghez kötődő szénhidrátforrás nem a legmegfelelőbb választás.

A különféle táplálék-kiegészítő formulákban alkalmazott szénhidrátok általában glukóz, fruktóz, maltodextrin és újabban vitargo és palatinóz lehet.

A glukóz vagy szőlőcukor analóg a vércukorral felszívódásának üteme rendkívül gyors, nagy mérvű vércukor emelkedést okozva. Fogyasztását kizárólag edzés közbeni és utáni időszakban alkalmazzuk és koncentrációja ne haladja meg a 10 %-ot, azaz a 10 g/100 ml-t. Az optimális koncentráció alapvető meghatározója az adott szénhidrát formája. fruktóz esetén az általánosan tolerálható koncentráció 3,5 %, glukóz, szacharóz, keményítő oldatok esetén 8-10 %, maltóz esetén 12 % és maltodextrin esetén 15 % lehet.

A fruktóz fogyasztása ez okból is előnytelen lehet, ha a sportital 3,5%-nál magasabb koncentrációban tartalmaz fruktózt sok atléta gasztrointesztinális problémákkal küszködik. A fruktóz hatása késleltetett lévén először glukózzá kell alakulnia a májban, majd ezután szállítódhat a véráram útján a dolgozó izmokhoz. Ennek nyomán annak átalakítása és oxidációja glukózként nem kellően gyors, hogy az edzések energiaszükségletét lefedje. A fruktózt általában azért adagolják a sportitalokhoz, mert nem befolyásolják az inzulin szekréciót. Amit sokszor elfelejtenek ezzel kapcsolatban, hogy a hosszú időtávú megterhelések esetén a glukóz is csupán csekély inzulin szekréciót indukál, amely egy sportoló esetében közel sem okoz hypoglikémiát.

Maltodextrin az egyik legnépszerűbb forma lett a sportolók körében, lévén nem túlzottan édes és 10 g/100 ml koncentrációban vagy még magasabb esetén is jól fogyasztható. Ez a maltodextrin illetve a kukoricaszirup elsődleges előnye a cukrokkal szemben, lévén felszívódás tekintetében nem mutatnak számottevő különbséget. A maltodextrin ozmolalitása alacsonyabb, mint a glukózé és a gyomorsav szekréció is alacsonyabb lehet. Mivel a maltodextrin kevéssé édes, a sportolók akiknek ki kell egészíteniük étrendjüket pótlólagos szénhidráttal, több maltodextrint tudnak elfogyasztani mint cukrot. Egyszerűen ez egy elviselhetőbb formája nagy mennyiségű szénhidrát gyors bevitelének.
Edzés közbeni fogyasztásra általánosságban 30-60 g óránkénti szénhidrát fogyasztása ajánlható az edzés kezdetétől. Mivel a folyékony forma fogyasztása inkább elterjedt, a glukóz, szacharóz, kukorica szirup vagy maltodextrin fogyasztás becsült mennyisége és koncentrációja a körülmények, preferenciák és folyadék igény függvénye lehet. A 6-8 %-os koncentrációjú szénhidrát oldatok fogyasztása 500-1000 ml/óra mennyiségben megfelelő lehet, ami 30-60 g szénhidrátot szolgáltat óránként. Általánosságban a szénhidrát edzés közbeni fogyasztásra a 8-15 g mennyiség 15 percenkénti fogyasztása tűnik optimálisnak azaz 32-60 g óránként.

Edzéseink során a glikogén raktárak lemerülnek. Konstans megterhelések esetén, a glikogén raktárak a maximális oxigén kapacitás 60-80 %-át jelentő intenzitási szint mellett végzett folyamatos munkával hozzávetőlegesen 2-3 óra alatt meríthetők ki. A raktárak leürülése azonban 15-30 perces gyakorlatozással is megvalósulhat, olyan edzések, versenyek során melyben 1-5 perces nagyon intenzív megterhelést jelentő intervallumok (90 % VO2 max) és pihenő szakaszok váltják egymást. Ez a fajta megterhelés a jellemző a testépítésben is.

Az edzés utáni időszakban szükséges szénhidrát bevitel mennyiségére vonatkozó ajánlások sokszor meglehetősen széles határok közt szóródnak. Blom és Ivy tanulmányaik során különböző mennyiségű magas glikémiás indexű szénhidrátok (maltodextrin, dextróz) adtak a vizsgált alanyoknak az edzést követő 6 órán keresztül 2 óránként és mérték a glikogén szintézis mértékét (az adatok 70 kg-os egyénekre vetítve állnak rendelkezésre). Azt találták, hogy a glikogén reszintézis, azaz a szénhidrát raktározás mértéke óránként 2 % volt ha edzés után közvetlenül, majd azt követően minden 2 órában 25 g szénhidrátot (0,35-0,4 g/tskg) fogyasztottak. 5-6 %-osra növekedett (i.e. 5-6 mmol/kg/h), ha az elfogyasztott mennyiség 50 g (0,75-0,8 g/tskg) volt 2 óránként. Ezen túl amennyiben a 2 óránként elfogyasztott mennyiséget 100, 112 illetve 225 grammra növelték, a glikogén szintézis mértéke nem nőtt az 5-6 %-os óránkénti ütem fölé.
Mindez tehát azt jelentheti, hogy egy 70 kg-os egyén számára az 50 g mennyiség kétóránkénti fogyasztása jelent egyfajta platót a glikogén reszintézis mértékében, ez testsúlykilógrammonként 0,75-0,8 gramm szénhidrátot jelent. Ennél nagyobb mennyiség bevitele nem származtat pótlólagos előnyöket. Itt is kiemelendő, hogy a fruktóz önmagában fogyasztva csak 3 %-os reszintézist tudott produkálni. Lényeges hogy a glikogén szintézis üteme az edzést követő 15-30 percben emelt szintű. Így edzés után olyan hamar kell kellő mennyiségű szénhidrátot fogyasztani amilyen hamar csak lehet.

Az újabban kifejlesztett formulák, mint a vitargo és a palatinóz egyéb jellemzőkkel gazdagítják a képletet.

A vitargo egy nagy molekulatömegű kukoricából nyert szénhidrát fajta. Molekula tömege 500 000-700 000, míg a keményítőé is maximálisan 250 000. Ozmolaritása lényegesen alacsonyabb, így lényegesen gyorsabban ürül a gyomorból és felszívódása során lényegesen kevesebb vizet „szív” magával. Kapcsolódó kutatások szerint glikogén feltöltő kapacitása 70 %-kal gyorsabb, mint más szénhidrátitalok esetében, 80 %-kal gyorsabban távozik a gyomorból és 10 perc múltán már 50 %-a a vékonybélben volt.

A palatinóz szintén egy védjeggyel védett szénhidrát elnevezése. Ez egy lassú felszívódású forma, vércukorindexe csupán 32, inzulin indexe is 30. Ilyen formában folyékony állaga ellenére stabil vércukorszintet biztosít, elkerülhetővé teszi a hipoglikémiás tüneteket, a túlzott inzulin szekréciót, így napközbeni fogyasztásra is alkalmassá válhat.

E csoportba három esszenciális aminosav tartozik a leucin, a valin és az izoleucin.

Együttesen ezen aminosavak alkotják izom-szövetállományunk aminosav tartalmának 35 %-át. Részt vesznek a vércukorszint szabályozásában és energiaként képesek metabolizálódni az izomszövetben edzésterhelés alatt.

Kiegyensúlyozott diéta mellet is felhasználunk energiaként bizonyos aminosavakat a megterhelő edzések folyamán. A glikogénraktárak kimerülésével a szervezet azon tápanyagokhoz nyúl melyekből glukózt képes szintetizálni, ez elsődlegesen az alanin, az un. glukóz-alanin cikluson keresztül. A dolgozó izomból felszabaduló aminosavak mintegy fele alanin. A BCAA-k az alanin szintézis prekurzorai, a glukóz lebontása során keletkező piruvát, alaninná transzamilálódik, ami azt jelenti, hogy egy nitrogén atomot vesz fel. A nitrogén donor szerepét pedig az elágazó-láncú aminosavak játsszák. Az alanin aztán a májba kerülve újból felhasználható glukózzá alakul.

Ezen aminosavak segítenek tehát fenntartani az energia-termelsé folyamatát, lebontásuk útján keletkező szénláncuk nyomán. A kutatások azt mutatták, hogy míg a szervezet mindhárom elágazó-láncú aminosavat fel képes használni, elsődlegesen leucint használ el. A kutatások szerint a leucin két- háromszor nagyobb mennyiségben használódhat fel, mint a valin és az izoleucin. A tanulmányok szerint egy edzett egyén izomzata, még akkor is használ fel bizonyos mennyiségű leucint amikor pihen. A leucin segíti a vércukorszint szabályozását, a bőr, csont- és izomszövet reszintézisét. Az isoleucin hasonlóan segíti a vércukorszint szabályozását, részt vesz a hemoglobin szintézisben, támogatja a regenerálódást és a növekedési hormon kibocsátást.

Stimulálják a protein szintézist az mTOR aktivizálásán keresztül. Az mTOR egy protein szintézist szabályozó fehérje. Ha aktivizálódik, akkor a proteinszintézis beindul, ha inaktív akkor leáll. Az ATP magas szintje aktivizálja.
A leucin emellett fokozza leptin termelést. A leptin egy a zsírsejtek által termelt hormon mely az elsődleges anyagcsere, étvágy és testsúly szabályozásában. Magas testzsír-arány növeli, az alacsony testzsír százalék csökkenti kibocsátását. Ha diétázunk és testzsírt veszítünk termelése csökken, ami az étvágy növekedéssel és az anyagcsere-lassulással jár.

A BCAA-k specialitása, hogy nem bomlanak le jelentős mennyiségben a májban így a dolgozó izmokhoz kerülnek, melyek így képesek azokat metabolizálni. Érdekes jelenség, hogy míg egy étkezés aminosav-tartalmának hozzávetőlegesen 20 %-a lehet BCAA, addig a keringés útján az izomszövetbe kerülő aminosavaknak 50-90 %-át is kitehetik.

Kímélik az izom glikogén készleteit, csökkentik az izom összeomlásának veszélyét, a fáradtságérzet kialakulását, növelik a zsírmentes izomtömeget.

Optimális adagolás 5-10 gramm lehet 2-1-2 Leucin/Isoleucin/Valin arányban edzés előtt és után, lehetőség szerint krómium, cink, B6-, B12-vitamin és a biotin kíséretében.