一、人體運動消耗能量的基本原理
人類從事馬拉松等長距離耐力運動為什麼需要補充營養？這個需要從耐力運動的特性與人的生理特徵說起。
在宇宙中任何物體克服阻力保持運動，都需要消耗能量，人類奔跑也不例外，簡單地說，反覆伸縮的肌肉帶動了腿部運動，這是人類運動的基礎。
肌肉在神經系統的控制下的反覆伸縮需要消耗能量，這個能量就是運動所消耗的。
人體內驅動肌肉活動的能量供應系統有三個。
一）磷酸原系統
磷酸原系統是由ATP和CP兩種高能磷酸化合物組成，為一切高耗能運動快速提供能量，可以在數秒鐘內要發揮最大能量輸出，如短跑、投擲、跳躍、舉重等爆發力運動。
磷酸原系統供能總量少，持續時間短，功率輸出最快，不需要氧氣，不產生乳酸等物質。
二）乳酸供能系統
肌肉還含有一類儲能物質是糖原（葡萄糖分子鏈），糖原被分解為葡萄糖，然後細胞利用無氧代謝產生ATP實現供能，這個供能過程能夠維持大約90秒鐘。
該系統不需要氧氣，在心和肺還沒來得及配合的情況下就能提供能量，比較適合迅速的快速運動，例如短跑。
由於這個過程會產生乳酸，乳酸在肌肉組織中堆積，會使您感覺到肌肉疲勞和酸痛。
三）有氧氧化系統
當運動持續兩分鐘之後，心臟和肺介入工作，氧氣開始參與供能反應，為工作肌肉供應氧氣，於是人體啟動第三種供能模式——有氧供能模式。
有氧供能模式下，有三種能量物質被用來提供能量。
1）葡萄糖：葡萄糖可迅速分解為二氧化碳和水，提供能量。
2）脂肪：肌肉和身體脂肪存儲庫中的脂肪酸經有氧代謝產生ATP提供能量。
3）蛋白質：在糖耗盡的極端情況下，蛋白質被分解為胺基酸並且產生 ATP。
四）三套供能系統的協同機制
人體在運動時，三個系統根據運動的實際情況實時轉換，相互接力，保證供能，基本的過程如下：
1、肌肉細胞首先在大約3秒鐘內耗盡細胞周圍浮遊的ATP。
2、然後磷酸肌酸系統參與進來，供能8-10秒鐘。這是百米短跑選手或舉重者所用的主要能量系統。
3、如果運動持續更長時間，糖原-乳酸系統就參與進來。短距離運動比如200米或400米以及100米遊泳就是如此。
4、如果運動持續時間特別長，有氧呼吸就會取代上述系統進行供能。在 800米、馬拉松、划船、越野滑雪和長距離輪滑等耐力運動中，會發生有氧呼吸。
二、馬拉松運動中人體如何供能
人體運動的三個供能系統中，有氧呼吸產生ATP的速率最慢，但是它可以持續工作，只要有燃料供應，可以持續數小時供給ATP甚至更長時間。
可見，人體在從事馬拉松等長距離耐力運動時，絕大部分供能依靠的是有氧供能模式。
那麼，我們該提供那些能量物質為有氧運動提供能量呢？
是碳水化合物、還是脂肪還是蛋白質呢？這直接決定我們在參加馬拉松比賽期間的飲食問題。
我們看一下，有氧供能的工作原理。
有氧呼吸會首先利用碳水化合物作為供能物質，然後如果有必要再利用脂肪，最後利用蛋白質。
我們看一下三種供能物質的優劣性。
脂肪裡蘊含的能量很充足，即使是一個精瘦的長跑運動員，身體裡儲藏的脂肪也足夠跑好十幾個馬拉松的，但是啟動消耗脂肪來供能難度比較大（所以減肥很難啊嗚嗚），而且供能的效率較低，供能所佔比例也比較低，只能提供人體所需的20%-30%的能量，50%以上的能量需要靠燃燒碳水化合物來提供。
至於蛋白質，是一種對人體非常重要的營養素，人體的許多重要器官和重要功能都是蛋白質來完成的。蛋白質進入人體之後，被消化分解為各種胺基酸，然後再合成各種人體所需的蛋白質。只有在體內碳水化合物耗盡的緊急狀態，人體才會消耗某些胺基酸才轉化為葡萄糖提供能量，也就是消耗蛋白質提供能量，而且提供能量的比例基本在5%—15%之間，佔很少一部分。
蛋白質供能時有一個缺點，就是會產生含氮廢物，需要利用額外的水分來將含氮廢物排出體外，加大脫水的風險，另外還會導致鈣的進一步流失。
因此，碳水化合物是長跑中非常重要的能量來源。
三、長跑運動的身體供能機制
碳水化合物有幾類，從葡萄糖到白砂糖，從果糖到低聚糖，從麥芽糖到澱粉，碳水化合物在食物中大量存在，那種碳水化合物最適合給運動供能呢?
記住，在人體中可以直接被利用來供能的碳水化合物只有一種，就是葡萄糖.
不過體內的葡萄糖基本是以糖原的形式存儲在肌肉和血液中的，在需要的時候轉換成血糖（葡萄糖）供身體燃燒。
存儲在肌肉中的糖原叫肌糖原，用於被消耗來驅動肌肉運動，這個直接關係到運動供能。
儲存肝臟中的糖原叫肝糖原，為血液提供血糖，經血液給工作肌肉提供糖原，同時用於維持血糖的穩定水平，各種器官包括最重要的大腦都需要穩定的血糖供應。
人身體裡本身存儲的糖原非常有限的，大約有350克左右的肌糖原，90克左右的肝糖原，還有少的可憐的5克的血糖在血液中循環。在馬拉松這種中等強度有氧運動中，人體內儲存的糖原夠維持約半小時左右就會被基本耗盡，至多不會堅持到1個小時。
糖原消耗盡之後，用於人體運動50——60%的能量源停止工作了，隨之出現的就是體能的大幅下降，陷入疲勞。
糖原消耗殆盡還會生產另外一個更為嚴重的問題：但是運動到肌糖原被消耗殆盡的時候，肝糖原無法提供足夠的血糖來維持正常血糖水平，選手就會出現低血糖現象。
低血糖之後，身體中很多重要器官包括大腦能量供應都會受到影響。
大腦對能量供給極為敏感，一旦大腦處於缺能量狀態時，就會啟動保護機制，給身體傳達疲勞信號，強迫人體停止運動，保障大腦供血。
這種保障機制會在你四肢完全沒疲勞的情況下，讓你覺得很累，運動無法進行，這叫中樞疲勞，這種情況當然會嚴重影響你的運動。
選手進入低血糖狀態後，就會出現渾身無力、飢餓難忍、煩躁不安，神志模糊、開始步伐不穩，四肢晃動，隨時就會摔倒。
低血糖還會導致另一個更為可怕的問題，就是低血糖會導致心臟供血不足。大量臨床和實驗證據顯示，低血糖可引起心臟電活動異常，並進一步產生心率異常。在大運動量心臟負擔很重的情況下，心率失常會大大提高出現猝死的概率。
四、馬拉松運動的外部供能
從以上的分析得知，人體中的高效能力物質是葡萄糖，運動中體內的葡萄糖必須保持穩定的供應水平，一旦葡萄糖供應不足或者缺乏，能量耗盡，運動體能就會大大下降，甚至出現極度疲勞暈厥甚至猝死的慘劇。
比較尷尬的是，人體內能夠留存的葡萄糖（包括糖原）數量很有限，也就400克左右，即使賽前一次吃足夠的葡萄糖，沒法留存，全部變成脂肪堆積在身體裡難以消耗。
這樣的特性就註定：在馬拉松活動中的能量補給模式是：
1、賽前基本足量供應，儘量多的儲存糖原；
2、比賽途中頻繁少量補充，保持血糖穩定。
於是，運動營養品企業就開發出了這種專門用於耐力比賽途中做能量補給的產品，因為在形態上是半流動的膠體狀液體，所以叫能量膠。
能量膠會及時補充首先會補充血液中的糖原，可以解決大腦供血不足造成的神經疲勞問題，同時還能給肌肉補充糖原解決運動供能的問題。
總之，能量膠讓你能夠獲得持續不斷的優質能量來維持運動。
五、如何選擇好的能量膠？
能量膠可以說是大眾運動人群最熟悉的運動營養品了，能量膠在馬拉松、騎行與鐵人三項等運動人群中廣泛使用，因能量高、食用方便、攜帶方便等優點而廣受歡迎。
不過在幾年前，能量膠作為一種舶來品剛剛進入中國，只在少數運動發燒友中流行，產品類型和口感也比較單一，也沒有什麼可選擇性。
近幾年，隨著中國大眾運動的井噴式發展，更多的歐美能量膠品牌進中國市場，而且中國企業也加入了能量膠開發的行列，市面上湧現出產量配方各異概念各異的能量膠產品。
面對紛繁複雜概念各異的能量膠，消費者如何選擇更適合自己的能量膠呢？我們在選擇能量膠時，應該參考那些因素呢？在這裡我們為廣大運動愛好者做一次科普。
1、選擇標準—能量值
能量膠要求至少能達到100克含有1000千焦的能量，一袋能量膠的重量一般在30-40克之間，每袋能量膠提供的能量不低於100大卡（420千焦），按照這個標準的能量值，一袋能量膠可以保證45分鐘左右的運動供能，如果能量值低於這個數值，就意味著一個馬拉松，需要攜帶更多的能量膠。
2、選擇標準—糖的種類
雖然人體吸收供能的只有葡萄糖，但是能量膠裡卻不能都是葡萄糖，因為葡萄糖的消化速度太快了，葡萄糖一次性全部快速進入血液後，血糖會快速升高，然後快速降低，導致血糖大幅波動，對身體產生不利影響。
所以能量膠中的供能物質是由多種糖類配比組成的多種糖，多種糖的消化速度不同，呈先後順序被持續消化。
最容易吸收的單糖率率先供能，接著是雙糖被吸收，提供能量；再接著是低聚糖被消化吸收，再次提供能量，這種接力式的供能模式可以為身體提供穩定持久的葡萄糖。
所以一款合格的能量膠至少會含有3-4種不同的糖類提供能量。
3、選擇標準—咖啡因
咖啡因是一種生物鹼類中樞神經興奮劑，咖啡因會被迅速吸收進入大腦，這可能會直接影響中樞神經系統，能夠暫時的驅走睡意並恢復精力以至於改變身體在自身努力、疼痛和疲勞方面的感知水平，所以被很多運動人群作為準興奮劑使用， 在2004年後 咖啡因被世界反興奮劑機構解禁。
於是一些公司已經開始將咖啡因引入能量凝膠和飲料。
對於耐力跑運隊員來說，推薦劑量範圍是3-5毫克/單位體重，最多一定不要超過8毫克每單位體重，否則會引起心悸等不良後果。
不過咖啡因實質上是一種神經刺激物，偶爾服用一次沒有問題，如果長期服用，還可能會對人體健康造成影響。
所以我們給選手的建議是，含有較高咖啡因的能量膠儘量少用，即使用也儘量在比賽的後半段來使用，不要在整個比賽階段持續使用咖啡因能量膠。
4、選擇標準—滲透壓
所謂「等滲「是指溶液滲透壓。例如兩種濃度不同的水溶液，用半透膜（水分子可以通過）隔開，溶液裡的水會從低濃度一側滲透到高濃度一側，直到兩邊的濃度一致，這種作用力叫滲透壓，滲透壓大小取決於溶液濃度，濃度越高，溶液滲透壓越高。
糖含量在6-8%左右和含鈉量在0.85%左右的液體與血液的滲透壓相同，特別容易被血液吸收，更快補充能。
能量膠的含糖量非常高，為了快速實現水分與糖分的快速吸收，食用能量膠的時候，儘量同時喝水，在胃裡形成等滲溶液。
建議吃一支能量膠，喝200毫升左右的水，這樣能量膠與水基本以等滲狀態進入身體。
如果選手僅僅是食用等滲概念的能量膠（實際上這種能量膠的能量含量很低，只能當等滲飲料來喝）,需要食用常規能量膠的6-8倍數量的能量膠才能達到相同的效果，這個和飲料差不多了。
5、選擇標準—電解質
電解質與水溶性維生素在運動中隨著大量出汗而快速流失，一般來說，而電解質與維生素的流失會直接導致運動能力的下降，進而影響整個運動成績。
優秀的能量膠不僅可以補充充足的能量，還應該能夠補充運動中流失的各種電解質和維生素。
6、選擇標準—好口味
長距離運動中，大量的血液集中在四肢和心臟，消化系統被嚴重抑制，消化功能很差，胃口也比較差，這時候吃能量膠時，儘量選擇口感清爽可口的品種，例如各類水果味道，例如藍莓、橘子和蘋果等，同時儘量選擇粘度較低的能量膠，保證能夠順利吞咽。
吃能量膠的時候，要必須同時喝水，因為高濃度的糖液不流於消化吸收，甚至還會刺激腸胃，導致腹瀉。
7、選擇標準——好包裝
選手在競賽途中，需要爭分奪秒爭取時間，所以需要能量膠在包裝形式上要充分考慮這種特殊需求。能量膠的包裝容量要儘量小，容量基本在30-40克之間，儘量保證包裝小巧輕便；能量膠的開口要儘量方便，要保證選手在手部大量出汗或者單手的情況下能順利打開，所以專業的能量膠都要打易撕口和雷射切線，保證輕鬆快速打開。
8、選擇標準——法規標準
能量膠是入口的食品，尤其是應用於極限運動的功能食品，要高度重視食品安全問題。
近年來，中國的食品監管法規極為嚴格，各種營養素的添加規範非常嚴格，正規企業生產的能量膠產品安全非常有保證。
在美國，能量膠等運動營養品目前並沒有納入FDA的監管，為了商業利益，各種超量添加追求功效，各種偷工減料追求成本，各種無限制創新沒有監管，導致的食品安全事故其實比比皆是，這些產品藉助中國消費者對國外產品的迷信在中國大行其道。
國內目前對非法入境的能量膠產品監管還是空白，加之國內一些消費者迷信國外產品，給予不加分辨的信任，於是一些國外企業不顧法規開發出一些針對中國市場的超標產品，大肆通過走私渠道進入中國，要引起消費者的足夠警惕。
所以大家在選擇能量膠的時候，最好要選擇具有清晰中文標識的正規產品，或者是有正規中文文字的進口產品，要對各種來源不明的全外文能量膠保持謹慎。
六、食用能量膠的注意事項
1、能量膠要賽前開始食用
食物從進食到消化到提供能量，一般來說需要半小時到四十分鐘的時間，所以能量膠類食品也要提前食用，能在比賽前一個半小時左右食用為佳。
劇烈運動時，大量血液集中在四肢來保障運動，消化系統的血液供給不足，身體的消化功能處於「半關閉」狀態，消化能力大幅降低，消化速度會更慢，相信大家都遇到過跑步時吃東西會噁心想吐的感覺（腸胃在鬧罷工啊），這也解釋了為什麼的人就算吃下能量膠，也遲遲不見效果的原因。
所以，在比賽前提前補充能量膠是個不錯的選擇。
早補給的好處是：一是此時身體能量充足，消化功能還比較完善，可以及時分解吸收能量膠所含的糖分；二是能量膠提供的能量可以「無縫銜接」，不等身體出現低血糖等不良反應影響運動表現。比如，可以在開賽後一小時左右就吃下第一根能量膠，要比撞牆之後再補充能量效果要好很多。
還有些選手習慣在賽前幾分鐘就吃下第一根能量膠，這倒是沒什麼問題，能量膠當做早餐果醬配合麵包吃了也非常好。
2、能量膠食用頻率很有講究
由於消化作用有延遲，所以你需要提前補充能量膠，但同時要注意不要給腸胃帶來太大壓力，保持一個良好的節奏頻率就很重要。
一個簡單有效的策略是從比賽開始，每間隔45分鐘-1小時補充1支能量膠。成績很快的選手能耗比較高，可以半小時一支，成績一般的選手可以1小時一支。
同時注意的是不要一次性進食太多能量膠，大量攝入會導致體內血糖含量的大幅波動，影響成績發揮。其實消化系統和肌肉骨骼一樣，也是通過訓練可以改變的。因此在平時訓練中固定補給的節奏，身體在比賽中就會按照你預想的反應去補給能量，這對於順利完賽幫助很大。
3、腸胃不適時怎麼補充能量膠
正如上文提到的，在劇烈運動時身體為了保證肌肉供能會暫時「關閉」消化系統。如果這種症狀發生在比賽後半段，並且你此時急需補充能量，那麼可以試試一次一小口地慢慢補給，將一整根能量膠分多次吃下去。比如假設你的策略是是每一小時補給一次，那麼最後一個小時的比賽裡你可以每20分鐘補給1/4根能量膠，減少腸胃的壓力同時給身體提供足夠的能量。
4、補給能量膠時務必補水
每次吃能量膠的時候同時要喝水，不要幹吃，也不要喝運動飲料，要喝清水。不補充水分的話，身體就要花費更長時間才能把能量輸送到血液循環中。
如果同時飲用運動飲料的話，那麼身體就要承受瞬時血糖過高的風險。
5、咖啡因能量膠放在後半程食用
咖啡因實質上是一種神經刺激物，偶爾服用一次沒有問題，如果長期服用，還可能會對人體健康造成影響。所以我們給選手的建議是，含有較高咖啡因的能量膠儘量少用，即使用也儘量在比賽的後半段來使用，不要在整個比賽階段持續使用咖啡因能量膠。 對於耐力跑運隊員來說，推薦劑量範圍是3-5毫克/單位體重，最多一定不要超過8毫克每單位體重，否則會引起心悸等不良後果。