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아세토아세테이트는 케톤체의 일종으로, 화학식은 C₄H₆O₄이다. 이는 간에서 지방산의 베타 산화를 통해 생성된 아세틸-CoA가 케톤생성 경로를 거쳐 합성되는 첫 번째 케톤체이다. 아세토아세테이트는 불안정한 분자로, 쉽게 두 가지 다른 물질로 전환된다.

아세토아세테이트는 베타-하이드록시뷰티레이트 또는 아세톤으로 변환될 수 있다. 베타-하이드록시뷰티레이트는 베타-하이드록시뷰티레이트 탈수소효소에 의해 아세토아세테이트가 환원되어 생성되며, 혈중에서 가장 풍부한 케톤체이다. 반면, 아세토아세테이트는 자발적으로 혹은 효소의 작용 없이 탈카복실화 반응을 일으켜 아세톤이 된다. 아세톤은 휘발성이 강해 호기나 소변을 통해 체외로 배출된다.

아세토아세테이트 자체는 주요 에너지원으로 직접 사용되기보다는 다른 케톤체의 전구체 역할을 한다. 그러나 일부 조직에서는 아세토아세테이트가 석시닐-CoA와 반응하여 두 분자의 아세틸-CoA로 분해되어 시트르산 회로에 들어갈 수 있다. 이는 심장이나 신장과 같은 조직에서 중요한 에너지 공급 경로가 된다.

베타-하이드록시뷰티레이트(Beta-hydroxybutyrate, BHB)는 케톤체 중 하나로, 아세토아세테이트가 환원되어 생성되는 물질이다. 이는 간에서 생성된 케톤체가 혈액을 통해 말초 조직으로 운반될 때 가장 흔히 발견되는 형태이다. 베타-하이드록시뷰티레이트는 분자 구조상 기술적으로는 케톤기가 없지만, 신진대사 과정에서 쉽게 아세토아세테이트로 전환되기 때문에 생화학적으로 케톤체로 분류된다[1].

혈중 케톤체 농도를 측정할 때, 베타-하이드록시뷰티레이트는 전체의 약 70-80%를 차지하는 주요 구성 성분이다. 이는 아세토아세테이트보다 더 강한 산성을 띠지 않으며, 세포의 미토콘드리아 내에서 효율적인 에너지원으로 사용된다. 말초 조직, 특히 심장과 뇌와 같은 장기는 베타-하이드록시뷰티레이트를 흡수하여 베타-하이드록시뷰티레이트 탈수소효소의 작용으로 다시 아세토아세테이트로 전환시킨 후, 최종적으로 아세틸-CoA로 분해되어 시트르산 회로에 들어가 에너지(ATP)를 생산한다.

베타-하이드록시뷰티레이트는 혈액과 소변에서 측정 가능한 중요한 생체 지표이다. 특히 제1형 당뇨병에서 발생하는 당뇨병성 케톤산증을 진단하고 중증도를 평가할 때, 혈중 베타-하이드록시뷰티레이트 농도는 아세토아세테이트나 아세톤보다 더 민감하고 직접적인 지표로 활용된다. 또한, 케토제닉 다이어트나 간헐적 단식 중 신체의 케톤 생성 상태를 확인하는 데에도 널리 사용된다.

아세톤은 세 가지 주요 케톤체 중 하나이며, 화학식은 C₃H₆O이다. 아세토아세테이트가 자발적으로 비효소적 탈카르복실화 반응을 통해 생성된다. 이 과정은 간에서 일어나며, 생성된 아세톤은 혈류를 통해 폐로 운반되어 호기 시 배출된다.

아세톤은 다른 케톤체인 아세토아세테이트나 베타-하이드록시뷰티레이트와 달리 신체에서 효율적인 에너지원으로 재사용되지 않는다. 그 대신 대부분이 호흡을 통해 몸 밖으로 제거되며, 이로 인해 특유의 달콤하거나 과일 향이 나는 숨냄새가 발생한다. 이 현상은 특히 케톤증 상태에서 두드러지게 관찰된다.

아세톤의 농도는 일반적으로 혈중 전체 케톤체의 2% 미만으로 매우 낮다. 그러나 그 휘발성으로 인해 호기 가스 분석을 통한 비침습적 케톤체 측정 방법의 주요 표적 물질이 된다. 임상적으로는 중증 당뇨병성 케톤산증 환자에서 호기 냄새로써 상태를 의심할 수 있는 단서가 되기도 한다.

간에서의 케톤생성은 간세포의 미토콘드리아 내에서 일어나는 일련의 생화학적 반응이다. 이 과정은 주로 지방산이 베타 산화를 통해 아세틸-CoA로 전환된 후, 포도당 공급이 부족할 때 대체 에너지원을 공급하기 위해 시작된다. 간은 케톤체를 생성할 수 있지만, 케톤체를 직접 에너지원으로 사용하는 데 필요한 효소를 갖고 있지 않아 생성된 케톤체는 혈류를 통해 말초 조직으로 운반된다.

케톤생성의 핵심 경로는 세 단계로 요약된다. 첫째, 두 분자의 아세틸-CoA가 티올라제 효소의 작용으로 아세토아세틸-CoA를 형성한다. 둘째, 아세토아세틸-CoA에 또 다른 아세틸-CoA 분자가 결합하여 HMG-CoA (3-하이드록시-3-메틸글루타릴-CoA)가 된다. 이 반응은 HMG-CoA 합성효소에 의해 촉매되며, 케톤생성의 속도 제한 단계로 간주된다. 셋째, HMG-CoA가 HMG-CoA 분해효소에 의해 분해되어 아세토아세테이트와 아세틸-CoA로 전환된다.

생성된 아세토아세테이트는 두 가지 경로를 통해 다른 케톤체로 전환된다. 대부분은 베타-하이드록시뷰티레이트 탈수소효소에 의해 베타-하이드록시뷰티레이트로 환원된다. 소량의 아세토아세테이트는 자발적으로 또는 효소의 도움 없이 아세톤으로 탈카르복실화된다. 이 과정을 요약하면 다음과 같다.

케톤생성은 인슐린 농도가 낮고 글루카곤 농도가 높은 호르몬 환경에서 촉진된다. 이러한 상태는 단식, 저탄수화물 식이, 제1형 당뇨병에서 발생한다. 간의 글리코젠 저장고가 고갈되면, 간은 지방 조직에서 유리된 지방산을 이용하여 케톤체를 생성하기 시작한다.

지방산 분해는 케톤체 생성의 핵심적인 전단계이다. 체내에 충분한 포도당이 공급되지 않거나, 글리코겐 저장량이 고갈되면, 신체는 저장된 중성지방을 분해하여 에너지를 얻는다. 이 과정에서 지방산은 지방세포에서 방출되어 간으로 운반된다.

간 세포 내로 들어온 지방산은 베타 산화라는 일련의 반응을 거친다. 베타 산화는 미토콘드리아에서 일어나며, 지방산 사슬을 두 개의 탄소 단위씩 반복적으로 절단한다. 이 과정의 최종 산물은 아세틸-CoA 분자이다. 예를 들어, 팔미트산(C16) 하나는 8회의 베타 산화를 통해 8개의 아세틸-CoA를 생성한다.

생성된 아세틸-CoA는 일반적으로 시트르산 회로에 진입하여 더 많은 ATP를 생산하기 위해 사용된다. 그러나 간 세포는 시트르산 회로의 중간체를 대량으로 다른 용도로 전환할 수 있는 능력이 제한적이다. 특히, 포도당 공급이 부족한 상태에서는 아세틸-CoA가 시트르산 회로로 효율적으로 들어가지 못하고 과잉으로 축적된다.

이렇게 간에서 과잉 생산된 아세틸-CoA는 케톤생성 경로의 주요 원료가 된다. 간은 이 아세틸-CoA 분자들을 서로 결합시켜 아세토아세테이트를 합성하고, 이는 다시 베타-하이드록시뷰티레이트나 아세톤으로 전환된다. 따라서, 지방산 분해로 인한 아세틸-CoA의 대량 생성은 케톤체 생성을 촉발하는 직접적인 생화학적 동인이다.

단식 또는 저탄수화물 식이는 신체의 주요 에너지원인 포도당의 공급이 급격히 감소할 때 발생하는 대표적인 케톤체생성 유발 요인이다.

탄수화물 섭취가 충분한 일반적인 상태에서는 글루코스가 주요 연료로 사용되고, 인슐린 수치가 높아 지방산의 동원이 억제된다. 그러나 단식이 지속되거나 탄수화물 섭취를 극도로 제한하는 케토제닉 다이어트를 실시하면 혈중 글루코스와 인슐린 농도가 낮아진다. 이는 지방 조직에 저장된 중성지방의 분해(지방분해)를 촉진시켜 다량의 자유 지방산을 혈류로 방출한다. 간은 이러한 자유 지방산을 흡수하여 베타 산화 과정을 통해 아세틸-CoA로 전환하고, 이를 원료로 케톤생성 경로를 가동시켜 케톤체를 생성한다.

이 과정은 생리적으로 중요한 적응 기전으로 작동한다. 특히 뇌는 일반적으로 글루코스에 의존하지만, 장기간의 글루코스 공급 부족 시에는 케톤체를 효율적인 대체 에너지원으로 활용할 수 있다[2]. 따라서 단식이나 저탄수화물 식이로 유도된 케톤증은 신체가 에너지 대사를 포도당 중심에서 지방과 케톤체 중심으로 전환했음을 의미하며, 이를 '영양성 케톤증'이라고 부른다. 이 상태는 혈중 케톤체 농도가 보통 0.5-3.0 mmol/L 정도로, 생명을 위협하는 케톤산증 수준(일반적으로 >3.0 mmol/L, 혈중 pH 저하 동반)보다는 낮은 것이 특징이다.

제1형 당뇨병은 케톤체 생성이 병리적으로 과도하게 증가하여 생명을 위협할 수 있는 대표적인 상태이다. 이는 인슐린의 절대적 부족이 근본 원인이다. 인슐린이 부족하면 포도당이 세포 내로 들어가지 못해 혈당이 상승하는 동시에, 신체는 에너지 부족을 느끼게 된다. 이에 대응하여 글루카곤 등의 호르몬 분비가 촉진되며, 지방 분해가 극심하게 증가한다.

간에서 이렇게 공급된 대량의 지방산은 베타 산화를 거쳐 과잉의 아세틸-CoA를 생성한다. 정상적인 대사 경로인 시트르산 회로는 이 아세틸-CoA를 처리할 수 있는 속도에 한계가 있다. 결과적으로 아세틸-CoA는 대체 경로인 케톤생성 경로로 빠르게 유입되어 아세토아세테이트, 베타-하이드록시뷰티레이트, 아세톤과 같은 케톤체가 대량으로 합성된다.

이렇게 생성된 케톤체는 혈중에 축적되어 케톤혈증을 일으키며, 일부는 신장을 통해 소변으로 배출되어 케톤뇨증을 보인다. 특히 아세토아세테이트와 베타-하이드록시뷰티레이트는 강산성이므로 혈액의 pH를 낮추어 대사성 산증을 유발한다. 이 상태를 당뇨병성 케톤산증이라고 하며, 방치할 경우 심각한 탈수, 의식 저하, 쇼크에 이를 수 있는 응급 상황이다.

당뇨병성 케톤산증의 주요 유발 인자는 다음과 같다.

따라서 제1형 당뇨병 환자는 정기적인 혈당 모니터링과 함께, 구토, 복통, 호흡곤란, 과다한 소변 배출, 심한 피로감 등의 증상이 나타날 경우 혈중 또는 요중 케톤체를 측정하여 조기에 케톤산증을 발견하고 치료하는 것이 필수적이다. 치료의 핵심은 인슐린 투여, 수액 보충, 전해질 교정이다.

장기간의 격렬한 운동은 케톤체생성을 유발하는 주요 생리적 원인 중 하나이다. 운동 초기에는 근육이 글리코젠과 혈중 포도당을 주요 연료로 사용하지만, 운동이 장시간 지속되면 이러한 탄수화물 저장고가 고갈되기 시작한다. 이때 체내 에너지 대사는 지방산 분해에 더욱 의존하게 되며, 간에서는 분해된 지방산으로부터 아세틸-CoA가 대량으로 생성된다.

간에서의 아세틸-CoA는 시트르산 회로를 통해 완전 산화되거나, 과잉 공급 시 케톤생성 경로로 들어가 케톤체로 전환된다. 생성된 케톤체는 혈류를 통해 근육과 같은 말초 조직으로 운반되어 효율적인 대체 에너지원으로 활용된다. 특히 지구력 운동 선수들에게서 관찰되는 '경기 중 후반부의 힘'은 체내 글리코젠이 소진된 후 케톤체와 지방산이 주요 연료로 작용하기 때문으로 해석된다.

이 과정은 신체가 에너지 공급원을 탄수화물에서 지방으로 전환하는 적응 현상이다. 운동 강도와 지속 시간, 그리고 운동 선수의 훈련 상태와 식이 패턴은 케톤체 생성 정도에 영향을 미친다. 잘 훈련된 지구력 운동 선수는 훈련되지 않은 사람보다 지방을 연료로 사용하는 효율이 높아, 상대적으로 더 낮은 운동 강도에서도 케톤체 생성을 촉진할 수 있다[3].

따라서, 장기간의 격렬한 운동은 글루카곤 분비를 증가시키고 인슐린 분비를 감소시켜, 지방 분해와 간의 케톤생성을 촉진하는 호르몬 환경을 조성한다. 이로 인해 발생한 생리적 케톤증은 일반적으로 위험하지 않으며, 운동이 중단되고 탄수화물을 섭취하면 정상으로 회복된다.

케톤체는 포도당이 부족한 상황에서 주요한 대체 에너지원으로 작용한다. 간에서 생성된 케톤체는 혈류를 통해 신체의 다양한 조직, 특히 심장 근육과 신장 피질과 같은 조직으로 운반되어 에너지 생산에 이용된다. 이는 지방산이 직접적으로 이러한 조직의 주요 연료로 사용되기 어려운 상황을 보완하는 중요한 대사 경로이다.

가장 중요한 역할 중 하나는 장기적인 단식이나 저탄수화물 식이 시 뇌에 에너지를 공급하는 것이다. 정상적인 조건에서 뇌는 포도당을 주요 연료로 사용하지만, 포도당 공급이 장기간 제한되면 뇌는 케톤체를 효율적으로 이용할 수 있도록 적응한다. 베타-하이드록시뷰티레이트와 아세토아세테이트는 혈액-뇌 장벽을 통과하여 뇌 세포 내에서 아세틸-CoA로 전환되고, 이후 시트르산 회로에 들어가 ATP를 생성한다.

이러한 대체 에너지 공급 메커니즘은 생존에 필수적이다. 포도당 저장고인 간 글리코겐은 단식 후 약 24시간 내에 고갈되지만, 체내 지방 저장소는 훨씬 더 많은 에너지를 공급할 수 있다. 케톤체 생성은 이 저장된 지방을 뇌와 다른 중요한 장기가 사용할 수 있는 형태로 전환하는 핵심 과정이다. 따라서 케톤체 생성은 에너지 항상성을 유지하고, 특히 중추 신경계의 기능을 보존하는 데 결정적인 생리적 역할을 한다.

케톤체는 포도당 공급이 제한된 상황에서 뇌의 중요한 대체 에너지원 역할을 한다. 뇌는 일반적으로 포도당을 주요 연료로 사용하지만, 단식이나 저탄수화물 식이 시에는 혈중 포도당과 인슐린 수치가 낮아지고, 간에서 케톤체 생성을 촉진한다. 생성된 베타-하이드록시뷰티레이트와 아세토아세테이트는 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있어 뇌세포에 의해 직접 활용된다[5].

케톤체는 뇌의 에너지 대사 효율에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 신경 보호 효과와 관련이 있다는 연구 결과도 존재한다. 케톤체 대사 과정에서 생성되는 물질은 산화 스트레스를 감소시키고, 미토콘드리아 기능을 안정화시키며, 신경세포의 생존을 촉진하는 신호 경로를 활성화할 수 있다. 이는 특히 간질과 같은 특정 신경 질환 관리에서 케톤체 생성 식이요법이 활용되는 이유 중 하나이다.

따라서 케톤체 생성은 생존을 위한 적응 기전으로, 포도당 대신 효율적인 연료를 제공하여 장기간의 영양 결핍 상황에서도 뇌의 기본적인 인지 기능과 활동을 유지하게 한다.

생리적 케톤증은 신체가 포도당 대신 지방산과 케톤체를 주요 에너지원으로 사용하는 정상적인 대사 상태를 가리킨다. 이 상태는 일반적으로 간헐적 단식이나 저탄수화물 식이, 케토제닉 다이어트를 따를 때, 또는 장기간의 격렬한 운동 후에 발생한다. 혈중 케톤체 농도가 상승하지만, 혈액의 산염기 평형을 교란시키지 않는 범위 내에 머무는 것이 특징이다.

생리적 케톤증의 주요 메커니즘은 간에서의 케톤생성 증가다. 탄수화물 섭취가 크게 줄거나 체내 글리코젠 저장량이 고갈되면, 혈중 인슐린 농도는 낮아지고 글루카곤 농도는 상대적으로 높아진다. 이 호르몬 변화는 지방 분해를 촉진하여 유리 지방산을 방출시키고, 간은 이 지방산을 아세틸-CoA로 전환한 후 케톤체로 합성한다. 생성된 케톤체는 혈류를 통해 심장, 근육, 특히 뇌와 같은 말초 조직으로 운반되어 미토콘드리아에서 에너지원으로 이용된다.

생리적 케톤증의 정도는 일반적으로 경미하며, 혈중 베타-하이드록시뷰티레이트 농도가 0.5~3.0 mmol/L 사이를 유지한다. 이는 생명을 위협할 수 있는 병리적 상태인 당뇨병성 케톤산증(혈중 케톤체 농도가 종종 10 mmol/L를 초과함)과는 명확히 구분된다. 생리적 케톤증은 체중 감소, 인지 기능 개선, 또는 특정 신경 질환 관리[7]를 목적으로 의도적으로 유도되기도 한다.

당뇨병성 케톤산증은 주로 제1형 당뇨병 환자에게서 발생하는 급성 대사성 합병증이다. 이 상태는 절대적 또는 상대적인 인슐린 부족과 함께 반대로 작용하는 호르몬(글루카곤, 카테콜아민, 코르티솔, 성장호르몬)의 분비가 과도하게 증가하여 유발된다[8]. 인슐린 부족으로 인해 포도당이 세포 내로 이동하지 못해 고혈당 상태가 되고, 신체는 대체 에너지원으로 지방 분해를 촉진한다. 이로 인해 간으로 유입되는 지방산이 급격히 증가하고, 간에서의 케톤생성이 과도하게 활성화되어 혈중 케톤체 농도가 비정상적으로 높아진다.

이 과정에서 생성된 아세토아세테이트와 베타-하이드록시뷰티레이트는 강한 산성이므로 혈액의 pH를 낮춰 대사성 산증을 일으킨다. 동시에 고혈당으로 인한 삼투성 이뇨 작용으로 심한 탈수와 전해질 불균형(특히 나트륨, 칼륨 손실)이 동반된다. 주요 증상은 다음과 같다.

당뇨병성 케톤산증은 응급 상황으로, 적절한 치료가 이루어지지 않으면 혼수 상태에 빠지거나 사망에 이를 수 있다. 치료의 핵심은 인슐린 정맥 주사를 통한 고혈당 및 케톤생성 억제, 생리식염수 수액 공급을 통한 탈수 교정, 그리고 전해질(특히 칼륨) 보충이다. 환자와 보호자 교육을 통해 인슐린 투여를 중단하지 않도록 하고, 감염이나 스트레스 같은 유발 요인을 인지하며, 구토나 고혈당 지속 시 요중 또는 혈중 케톤체를 측정하는 방법을 숙지하는 것이 예방에 중요하다.

혈중 케톤체 측정은 혈액 내 베타-하이드록시뷰티레이트 (BHB), 아세토아세테이트, 아세톤의 농도를 직접 분석하는 방법이다. 이는 가장 정확하고 즉각적인 케톤체 상태를 평가하는 지표로 간주된다. 측정은 일반적으로 손가락 끝에서 채취한 모세혈을 전용 시험지와 휴대용 측정기에 넣어 이루어진다. 이 방법은 주로 제1형 당뇨병 환자에서 당뇨병성 케톤산증의 조기 발견과 모니터링에 필수적으로 사용되며, 케토제닉 다이어트를 하는 사람들이 식이 적응 상태를 정량적으로 확인하는 데에도 활용된다.

혈중 케톤체 측정의 주요 장점은 높은 정확성과 신속성에 있다. 특히 베타-하이드록시뷰티레이트는 케톤증이 발생했을 때 혈중에서 가장 먼저 그리고 가장 많이 증가하는 케톤체이므로, 임상적으로 가장 의미 있는 지표이다. 측정 결과는 수치화되어 제공되며, 일반적인 해석 기준은 다음과 같다.

요중 케톤체 측정에 비해 혈중 측정은 몇 가지 중요한 이점을 가진다. 첫째, 신체의 실시간 케톤체 상태를 반영한다. 둘째, 신장의 배설 역치와 같은 변수에 영향을 받지 않는다. 셋째, 아세토아세테이트만 검출하는 요중 검사지와 달리 주요 케톤체인 베타-하이드록시뷰티레이트를 직접 측정한다. 따라서 당뇨병성 케톤산증이 의심될 때는 혈중 측정이 표준 진단 방법으로 권장된다[9].

단점으로는 측정에 필요한 전용 키트와 시험지의 비용이 요중 검사지보다 상대적으로 높다는 점, 그리고 채혈을 위한 침습적 절차가 필요하다는 점을 들 수 있다.

요중 케톤체 측정은 소변에 배출된 케톤체의 양을 검사하는 방법이다. 이는 가장 쉽게 접근할 수 있고 비용이 저렴한 케톤체 검사법으로 널리 사용된다. 검사는 주로 케톤뇨를 확인하기 위해 시행되며, 특수 화학 반응을 이용한 시험지(디프스틱)를 사용한다. 소변에 시험지를 담갔다가 표시된 시간 후에 나타나는 색깔 변화를 표준 색상표와 비교하여 케톤체 농도를 반정량적으로 판독한다.

측정 원리는 소변 내 아세토아세테이트와 시험지의 나트륨 니트로프루사이드가 반응하여 보라색을 띠는 현상에 기반한다. 따라서 이 방법은 주로 아세토아세테이트를 검출하며, 베타-하이드록시뷰티레이트나 아세톤에는 직접적으로 반응하지 않는다. 검사 결과는 보통 음성, 약양성(1+), 양성(2+), 강양성(3+) 등으로 보고된다.

이 방법은 제1형 당뇨병 환자가 혈당이 매우 높을 때나 몸이 좋지 않을 때 케톤산증의 초기 징후를 확인하는 데 유용하게 쓰인다. 또한 케토제닉 다이어트나 간헐적 단식을 하는 사람들이 식이 적응 상태를 모니터링하는 데에도 사용된다. 그러나 소변의 케톤체 농도는 혈중 농도보다 수시간에서 수일 정도 지연되어 반영되므로, 급성 대사 이상을 정확히 평가하기 위해서는 혈중 케톤체 측정이 더 정확한 지표로 간주된다.

호기 중 아세톤 측정은 숨을 내쉴 때 포함된 아세톤 가스를 검출하여 케톤체 수준을 간접적으로 평가하는 비침습적 방법이다. 이 방법은 혈액이나 소변 샘플을 채취할 필요가 없어 사용이 간편하며, 특히 제1형 당뇨병 환자에서 당뇨병성 케톤산증의 초기 선별 검사나 케토제닉 다이어트 중인 사람의 상태 모니터링에 활용된다. 호기 아세톤 농도는 일반적으로 혈중 베타-하이드록시뷰티레이트 농도와 상관관계를 보인다[10].

측정은 전용 호기 아세톤 측정기를 사용하여 수행된다. 이 장치는 일반적으로 반도체식 가스 센서 또는 질량 분석법을 기반으로 한다. 사용자는 장치에 숨을 불어넣으면, 센서가 호기 중 아세톤 분자에 반응하여 전기 신호의 변화를 일으키고, 이를 디지털 값으로 변환하여 표시한다. 결과는 일반적으로 ppm(parts per million) 단위로 제공된다.

그러나 이 방법은 몇 가지 제한점을 가진다. 측정값은 구강 내 세균 활동, 최근 섭취한 음식 또는 음료, 흡연, 심지어 운동 직후의 호흡 패턴 등 다양한 요소에 의해 영향을 받을 수 있다. 또한, 혈중 주요 케톤체인 베타-하이드록시뷰티레이트를 직접 측정하는 것보다 정확도가 낮을 수 있어, 임상적으로 중증 케톤산증을 진단할 때는 혈액 검사를 통한 확인이 필수적이다. 현재 연구는 보다 정확하고 민감한 센서 기술을 개발하여 당뇨병 관리 및 대사 건강 모니터링 도구로서의 유용성을 높이는 데 집중되고 있다.

케토제닉 다이어트는 탄수화물 섭취를 극도로 제한하고 지방 섭취를 크게 증가시켜, 신체가 포도당 대신 케톤체를 주요 에너지원으로 사용하도록 유도하는 식이요법이다. 일반적으로 하루 총 열량의 70-80%를 지방, 15-20%를 단백질, 5-10% 이하를 탄수화물로 구성한다[12]. 이렇게 탄수화물 공급이 급격히 줄어들면 간의 글리코겐 저장고가 고갈되고 혈중 인슐린 수치가 낮아지며, 이는 간에서 지방산으로부터 케톤체를 생성하는 케톤생성 과정을 촉발시킨다.

이 식이요법의 주요 목적은 체중 감량, 인슐린 저항성 개선, 그리고 특정 신경학적 질환 관리에 있다. 신체가 케톤증 상태에 진입하면, 베타-하이드록시뷰티레이트와 같은 케톤체는 뇌와 심장, 근육을 위한 효율적인 연료로 작용한다. 특히 뇌는 일반적으로 포도당만을 에너지원으로 사용하지만, 케톤체는 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있어 포도당 대체 에너지원이 될 수 있다. 이는 간질 환자의 발작 빈도를 줄이는 데 역사적으로 활용되어 왔으며, 최근에는 알츠하이머병이나 파킨슨병과 같은 신경퇴행성 질환 연구 분야에서도 관심을 받고 있다.

케토제닉 다이어트를 실행할 때는 식단 구성에 세심한 주의가 필요하다. 일반적인 식단 구성은 다음 표와 같다.

초기 실행 단계에서는 일시적인 부작용이 나타날 수 있으며, 이를 흔히 "케토 플루"라고 부른다. 증상으로는 두통, 피로, 변비, 구강 건조감 등이 포함된다. 이는 신체가 에너지 대사 체계를 포도당에서 지방과 케톤체로 전환하는 적응 과정에서 발생하는 현상이다. 장기적으로는 영양소 결핍, 요로결석, 또는 지방이 풍부한 식단으로 인한 혈중 지질 프로필의 변화 가능성 등이 보고되므로, 의료 전문가의 감독 하에 실행하는 것이 권장된다.

간헐적 단식은 일정 기간 동안 음식 섭취를 제한하고, 그 외 시간에는 정상적으로 식사하는 식이 패턴을 말한다. 이 방식은 케톤체생성을 유도하는 주요 방법 중 하나로, 특히 단식 기간 동안 간에서 케톤체 생성을 촉진한다.

간헐적 단식의 일반적인 방식은 다음과 같다.

단식 기간이 12시간 이상 지속되면 체내 글리코젠 저장량이 고갈되기 시작한다. 이로 인해 신체는 에너지원을 지방산 분해로 전환하게 되고, 간에서는 분해된 지방산으로부터 아세틸-CoA를 생성한다. 과잉의 아세틸-CoA는 케톤생성 경로를 통해 베타-하이드록시뷰티레이트와 아세토아세테이트 같은 케톤체로 전환된다. 생성된 케톤체는 혈류를 통해 전신으로 운반되어 심장, 근육, 특히 뇌와 같은 장기의 대체 에너지원으로 사용된다.

이러한 대사 전환은 체지방 감소와 인슐린 민감도 개선 등의 효과와 연관되어 있다[13]. 그러나 제1형 당뇨병 환자나 특정 건강 상태를 가진 사람들은 의학적 감독 없이 간헐적 단식을 시행할 경우 케톤산증 위험이 있을 수 있으므로 주의가 필요하다.