Podaż odpowiedniej ilości energii w diecie, stanowi jeden z ważniejszych problemów żywienia sportowców. Mimo ekonomizacji wysiłku, obserwowanej u wytrenowanych zawodników, ogólny wydatek energetyczny ponoszony na pracę mięśniową nieustannie wzrasta, co wiąże się z coraz większą intensywnością i objętością prowadzonych zajęć treningowych. W wielu dyscyplinach sportu wydatek energetyczny sięga nawet kilku tysięcy kcal na dobę (Celejowa 2001, Durning 1969, Namysłowski 1973, Raczynski 1996). Tempo przemiany materii podczas wysiłków o charakterze długotrwałym jak biegi długodystansowe czy wyścigi kolarskie, może być kilkanaście razy wyższe niż w spoczynku i taki poziom aktywności metabolicznej może być utrzymywany nawet przez kilka godzin.  Jeżeli więc odpowiednia masa ciała oraz wysoka efektywność pracy mięśniowej mają być u zawodników zachowane, wysoki wydatek energetyczny musi być równoważony przez stosowanie diety o odpowiedniej wartości kalorycznej. Brak odpowiedniej regeneracji żywieniowej po treningu może prowadzić do znacznych deficytów kalorycznych i w efekcie rzutować na pogorszenie efektywności pracy mięśniowej, spadek masy ciała oraz ogólne osłabienie organizmu. Z punktu widzenia żywienia sportowców, ważne jest więc, by stosowana kaloryczność diety odpowiadała rzeczywistym potrzebom energetycznym organizmu.

   Dla organizmu człowieka jedynym źródłem energii jest energia chemiczna zawarta w pożywieniu. Jest ona uwalniana w wyniku utleniania makroskładników odżywczych (węglowodany, tłuszcze, białka) i zamieniana na energię cieplną (utrzymanie stałej ciepłoty ciała), energię mechaniczną (skurcze mięśniowe), energię elektryczną (przewodzenie impulsów nerwowych) czy też inne postacie energii chemicznej. Całokształt przemian biochemicznych i towarzyszących im przemian energii jakie zachodzą w organizmie człowieka nazywany jest metabolizmem (Keller 2000). Proces metabolizmu może przebiegać w dwóch kierunkach: katabolizmu i anabolizmu. Procesy związane z degradacją składników ciała oraz składników pożywienia wchłoniętych ze światła przewodu pokarmowego, którym towarzyszy wyzwalanie energii, określa się mianem przemian katabolicznych, natomiast zachodzące równocześnie w komórkach ciała procesy biosyntezy, którym towarzyszy pobieranie energii – mianem przemian anabolicznych (Murray 2004). Do procesów katabolicznych zaliczane są między innym reakcje: utleniania węglowodanów, trójglicerydów, natomiast anabolicznych – synteza białek ustrojowych z aminokwasów pochodzących z pożywienia. Katabolizm i anabolizm chociaż podlegają w organizmie oddzielnej kontroli i regulacji hormonalnej, to jednak są ze sobą ściśle powiązane. Wszelkie bowiem procesy anaboliczne które wymagają dopływu energii mogą zachodzić jedynie dzięki wykorzystaniu energii swobodnej wyzwalanej w procesach katabolicznych. Procesy katabolizmu i anabolizmu powinny pozostawać w stanie równowagi dynamicznej określanej pojęciem homeostazy (Kozłowski 1999).
   Procesy utleniania (katabolizmu) same nie dostarczają energii swobodnej, ale sprzężone są z syntezą adenozynotrifosforanu (ATP) oraz w niewielkich ilościach urydynotrifosforanu (UDP), guanyzynotrifosforanu (GTP) i cytydynotrifosforanu (CTP) czyli związków charakteryzujących się łatwością uwalniania grupy fosforanowej z wydzieleniem dużej ilości energii swobodnej. W normalnych warunkach, jedynie ok. 40% energii chemicznej pożywienia ulega przemianie do ATP, natomiast pozostała część zamieniana jest na ciepło. Zasadniczym celem odżywiania jest zaspokojenie potrzeb energetycznych ustroju związanych:
- z podtrzymaniem podstawowych funkcji życiowych, tzw. podstawowej przemiany materii (PPM)
- z procesem trawienia, wchłaniania i przemian składników odżywczych – termogeneza poposiłkowa
- z poziomem codziennej aktywności fizycznej.

      Wszystkie wydatki energetyczne organizmu poniesione na utrzymanie powyższych procesów składają się na tzw. Całkowitą Przemianę Materii (CPM) (Ziemlański 2001). Jej wartość określa całkowite, dzienne zapotrzebowanie organizmu na energię (kalorie)
   W badaniach naukowych oraz praktyce sportowej przy obliczaniu dobowego wydatku energii (CPM), niezbędne jest także uwzględnianie kosztu energetycznego prowadzonego wysiłku sportowego, którego wartość może znacząco różnić się w zależności od rodzaju uprawianej dyscypliny sportowej czy fazy cyklu szkoleniowego. W czasie maksymalnego wysiłku fizycznego tempo metabolizmu w pracujących mięśniach zwiększa się ponad 100-krotnie w porównaniu z warunkami spoczynkowymi (Kozłowski 1999). Zważywszy że masa mięśni stanowi ok. 40% masy ciała człowieka, zrozumiałe jest, że wysiłek fizyczny prowadzony w grupie sportowców, stanowi najważniejszy czynnik zwiększający ogólną ilość energii wydatkowanej przez organizm. 


Podstawowa przemiana materii (PPM)

     PPM, określana jest inaczej metabolizmem podstawowym. Jest to najniższa, niezbędna ilość energii jaką potrzebuje organizm dla zachowania podstawowych funkcji życiowych, takich jak: obrót metaboliczny składników komórek i utrzymywanie ich stałego składu strukturalnego, zachowanie gradientu stężeń elektrolitów między różnymi przestrzeniami wodnymi ustroju, przekształcanie energii chemicznej w energię zmian bioelektrycznych, praca mechaniczna serca i mięśni oddechowych, czynność resorpcyjna i wydzielnicza cewek nerkowych, czynność wydzielnicza komórek gruczołowych i inne (Gawęcki 1998). W celu dokładnego określenia wartości PPM, człowiek musiałby pozostawać w warunkach zupełnego spokoju fizycznego i psychicznego, komfortu cieplnego, nie mniej niż 12h po ostatnim posiłku, i co najmniej po 8 h snu. Ponieważ warunki takie na ogół w życiu nie zachodzą i mogą być stwarzane jedynie w specjalnie zaprojektowanych badaniach, dlatego w praktyce określenie Podstawowej Przemiany Materii zastępuje się najczęściej określeniem Spoczynkowej Przemiany Materii (SPM), której wartość od tej „idealnej” jest na ogół nieco wyższa.
    Wielkość PPM (SPM) jest bardzo zróżnicowana i uzależniona od wielu czynników takich jak: rozmiar ciała, wiek, płeć oraz temperatura ciała. Podstawowa przemiana materii jest z reguły najistotniejszym składnikiem całodobowych wydatków energetycznych człowieka.
    Do pomiarów natężenia wydatków energetycznych związanych z wykonywaniem różnorodnych czynności wykorzystuje się metody kalorymetrii bezpośredniej i pośredniej. Pierwsza z metod, polegająca na oznaczeniu ilości wydalanego przez organizm ciepła w jednostce czasu, ze względu na wysokie koszty badań i kłopotliwość pomiaru, stosowana jest bardzo rzadko i wyłącznie do celów naukowych.   Szerokie zastosowanie praktyczne znajduje natomiast metoda kalorymetrii pośredniej, polegająca na pomiarze objętości zużytego przez organizm tlenu i wytworzonego dwutlenku węgla w jednostce czasu. Na podstawie zmierzonych parametrów respiracyjnych oblicza się ilość wydatkowanej energii. Metoda kalorymetrii pośredniej wykorzystywana jest zarówno do pomiaru wydatków energetycznych związanych z pracą zawodową jak i do określania podstawowej przemiany materii (PPM).
   W celu określenia przybliżonej wartości PPM wykorzystywane są także wzory matematyczne. U ludzi zdrowych, przemiana materii jest wielkością względnie stałą i wynosi w przybliżeniu 1 kcal/kg m.c. /godz. Wyliczona w ten sposób wartość może mieć jedynie charakter orientacyjny, gdyż nie uwzględnia takich istotnych czynników jak płeć czy wiek. Dokładniejsze wzory obliczeń podstawowej przemiany materii, zostały opracowane przez zespół ekspertów FAO/WHO/UNU i opublikowane w raporcie: „Energy and Protein Requirements” w 1985 r. (Energy 1985). Zaprezentowany przez WHO sposób obliczania PPM został znowelizowany i przyjęty między innymi w Wielkiej Brytanii (1991) oraz Polsce (1995) (tab.1) (Jeszka 2000).

Na wysokość całodobowych wydatków energetycznych człowieka (CPM) obok podstawowej przemiany materii (PPM) wpływ ma kalorygenne działanie pokarmu, powodujące wzrost tempa metabolizmu, niezależnie od procesów trawienia i wchłaniania składników pokarmowych. Efekt ten określany jest mianem ciepłotwórczego działania pożywienia, znany również pod pojęciami: swoiście dynamicznego działania pokarmu, termogenezy poposiłkowej lub postprandialnych wydatków energetycznych. Oznacza on okresowy wzrost natężenia przemiany materii i wydatków energetycznych ustroju, związany głównie z trawieniem, wchłanianiem i transportem składników odżywczych (Rubner 1945). W badaniach naukowych Nair i wsp. wykazali, że w ciągu 2,5 godzin po spożyciu 80g glukozy, zwiększenie metabolizmu odpowiada 6% wartości energetycznej spożytego cukru. Natomiast zjedzenie ok. 30g tłuszczu lub 80g białka w takim samym czasie powoduje zwiększenie przemiany materii odpowiednio: 7% i 15% ich wartości energetycznej. (Nair 1983). Zwiększenie tempa metabolizmu występuje 30-60 min po spożyciu posiłku i może utrzymywać przez wiele godzin. Na podstawie prowadzonych badań wykazano, że spośród wszystkich składników pokarmowych najsilniejsze działanie kalorygenne ma białko. Swift i wsp. (Swift 1957) wykazali że dieta zawierająca ok. 122g białka powoduje zwiększenie PPM o 6% w stosunku do diety niskobiałkowej (22g białka). Termogeneza poposiłkowa jest więc zależna od składu diety. W praktyce, przy obliczaniu CPM przyjmuje się, że wydatki energetyczne związane z termogenezą poposiłkową sięgają 10% wartości podstawowej przemiany materii.

Aktywność fizyczna jest jednym z najistotniejszych czynników rzutujących na wielkość CPM. W zależności, od rodzaju wykonywanej pracy zawodowej (fizyczna, umysłowa), wydatki energetyczne mogą mieścić się w szerokich granicach. Można przekonać się o tym porównując zapotrzebowanie na energię ludzi o niskiej aktywności fizycznej (2000kcal) z osobami ciężko pracującymi fizycznie lub sportowcami, u których zapotrzebowanie kaloryczne może sięgać nawet 6000-9000kcal na dobę. Wydatki związane z wykonywaniem codziennych czynności niezawodowych, takich jak mycie, ubieranie, przemieszczanie się i inne, mogą być także zróżnicowane, w zależności od rodzaju wykonywanych czynności, czasu ich trwania oraz stopnia intensywności. Szacuje się, że czynności niezwiązane z pracą zawodową, powodują średni wydatek energetyczny rzędu 220kcal/dobę (u kobiet) oraz 360kcal (u mężczyzn). Znaczącą ilość danych, umożliwiających szczegółową ocenę kosztu energetycznego zamieszczone są w dostępnym czasopiśmie (Celejowa 1971, Celejowa 1983, Durnin 1969, Jakowlew 1976, Seliger 1967).

   Obecnie, w praktyce przy ustalaniu przybliżonej wartości wydatku energetycznego związanego z czynnościami zawodowymi jak i pozazawodowymi wykorzystuje się współczynnik charakteryzujący średni poziom aktywności fizycznej w ciągu doby - PAL (Physical Activity Level). Wartość tego współczynnika określa koszt energetyczny wydatku energii w ciągu doby, wyrażając go jako wielokrotność kosztu podstawowej przemiany materii (Ziemlański 2001, Recommended 1989). Ustalenie normy na energię wg tej metody polega na pomnożeniu wartości: PAL x PPM. Obecnie, w najnowszych normach żywienia opracowanych przez Ziemlańskiego i wsp. (1995) przyjęto, wzorując się na innych krajach i zaleceniach WHO, trzy poziomy aktywności fizycznej PAL : mały (1,4 lub 1,5 PPM), umiarkowany (1,7 PPM) oraz duży (2,0 PPM) (Ziemlański 2001)

    Przyjmując za kryterium wysokość kosztu energetycznego pracy w kcal/min, pracę można podzielić na lekką, umiarkowanie ciężką, ciężką, bardzo ciężką oraz niezwykle ciężką (Burke 1994). W sporcie, wydatki kaloryczne uzyskiwane podczas 2-3 godzin treningu z reguły kwalifikują wykonywaną pracę jako ciężką (ponad 7,5 kcal/min), bardzo ciężką (ponad 10 kcal/min) oraz niezwykle ciężką (ponad 12,5 kcal/min). Niektórzy autorzy przy szacowaniu wydatku energetycznego przyjmują za kryterium także częstość skurczów serca, podczas gdy inni oceniają natężenie pracy stężeniem mleczanu w osoczu krwi (Malarecki 1975)    

Tab 2. Klasyfikacja pracy fizycznej na podstawie częstości skurczu serca (HR) i stężenia mleczanu w osoczu krwi (LA) (Malarecki 1975)
 

 W praktyce, przy ocenie obciążeń treningowych, można posługiwać się danymi tabelarycznymi przedstawiającymi koszty energetyczne różnych czynności, w tym prowadzenia specjalistycznych treningów sportowych w kcal/min (kJ/min) (Celejowa 1971, Durning 1969, Jakowlew 1974, Seliger 1967). W sporcie wysokowykwalifikowanym na najwyższym poziomie współzawodnictwa, sportowcy wymagają często bardzo szczegółowej opieki żywieniowej, gdzie sposób odżywiania dopasowany jest do indywidualnych potrzeb organizmu wynikających m.in. z właściwości przemiany materii czy cech psychofizycznych. W przypadku żywienia zbiorowego sportowców, ze względów praktycznych, zaznaczają się także tendencje do ustalania średnich norm dla poszczególnych grup dyscyplin sportowych (tab. 3) (Celejowa 2001, Celejowa 1981).