케톤증

3. 원인

지방산 산화가 증가하면 케톤체가 높아질 수 있는데, 이는 병리학적이지 않은(정상적인 기능) 현상이다. 금식, 장기간의 운동, 케톤 생성 다이어트와 같이 탄수화물 섭취가 매우 낮은 식단이 이에 해당한다.^[4] 생리적 케톤증에서 혈청 케톤 수치는 보통 3mM 미만이다.^[13]

케토산증은 조절되지 않는 케톤 생성으로 인한 병리학적 상태이며, 대사성 산증을 일으켜 혈청 케톤 수치가 보통 3mM를 넘는다. 케토산증은 제1형 당뇨병이나 말기 제2형 당뇨병에서 인슐린 결핍으로 인해 가장 흔하게 발생하지만, 만성적인 과도한 알코올 섭취, 살리실산 중독, 이소프로필 알코올 섭취의 결과로도 발생할 수 있다.^[13][1] 케토산증은 심각한 대사 장애를 일으키며 생명을 위협하는 응급 의료 상황이다.^[1] 케토산증은 케톤체 생성의 정상적인 조절 실패를 필요로 한다는 점에서 생리적 케톤증과 다르다.^[5][4]

케톤 수치 증가는 대부분 케톤 생성 가속화로 인해 발생하지만, 외부 케톤 또는 전구체 섭취로 인해 발생할 수도 있다.

글리코겐과 혈중 포도당 저장량이 낮아지면 뇌는 에너지를 위해 지방산을 사용할 수 없다. 따라서 뇌에 포도당을 공급하기 위해 대사 변화가 일어난다. 이러한 변화에는 간에서 지방산 산화 및 케톤 생성이 증가하는 것이 포함되며, 이는 뇌뿐만 아니라 골격근, 심장, 신장에도 대체 에너지원으로 사용된다.^[1][2] 낮은 수준의 케톤은 혈액에 항상 존재하며, 포도당 가용성이 낮을 때 증가한다. 예를 들어, 밤새 금식 후에는 에너지의 2~6%가 케톤에서 나오며, 3일 금식 후에는 30~40%로 증가한다.^[13][1]

케톤증을 유도하는 데 필요한 탄수화물 제한량은 활동 수준, 인슐린 민감성, 유전, 나이 등에 따라 다르지만, 일반적으로 하루 50g 미만의 탄수화물을 최소 3일 동안 섭취하면 케톤증이 발생한다.^[6][7]

신생아, 임산부, 수유부는 금식이나 질병과 같은 에너지 부족 상황에서 특히 빠르게 생리적 케톤증을 보인다. 이는 질병 상황에서 케톤산증으로 진행될 수 있지만 드물다. 신생아의 케톤 생성 성향은 고지방 모유 섭취, 상대적으로 큰 중추 신경계, 제한된 간 글리코겐 때문이다.^[13][8]

4. 생화학

글리코겐과 혈중 포도당 저장량이 낮아지면, 뇌가 에너지를 위해 지방산을 사용할 수 없기 때문에 뇌에 포도당을 공급하기 위한 대사 변화가 일어난다. 이러한 변화에는 간에서 뇌뿐만 아니라 골격근, 심장 및 신장에 대체 에너지원으로 사용될 지방산 산화 및 케톤 생성이 증가하는 것이 포함된다.^[1][2] 낮은 수준의 케톤은 항상 혈액에 존재하며 포도당 가용성이 낮을 경우 증가한다. 예를 들어, 밤새 금식 후 에너지의 2~6%가 케톤에서 나오며, 3일 금식 후에는 30~40%로 증가한다.^[13][1]

케톤체의 전구체는 지방 조직 또는 식단에서 유래한 지방산과 케톤 생성 아미노산이 있다.^[9][10] 케톤체는 간세포의 미토콘드리아 기질에서 케톤 생성을 통해 만들어진다.

지방산은 높은 글루카곤 및 에피네프린 수치와 낮은 인슐린 수치의 아디포카인 신호 전달에 의해 지방 조직에서 방출될 수 있다. 높은 글루카곤과 낮은 인슐린은 단식과 같이 포도당 이용 가능성이 낮은 시기에 해당한다.^[11] 조효소 A에 결합된 지방산은 미토콘드리아로 들어갈 수 있게 된다. 미토콘드리아 내에서 결합된 지방산은 세포에서 주로 베타 산화를 통해 연료로 사용되며, 각 사이클에서 아실-CoA 분자에서 두 개의 탄소를 잘라 아세틸-CoA를 생성한다. 아세틸-CoA는 구연산 회로에 들어가 옥살아세트산과 알돌 축합을 거쳐 구연산을 형성하며, 구연산은 원래의 지방산의 탄소당 매우 높은 에너지 수율을 얻는 트라이카복실산 회로(TCA)에 들어간다.^[12]

5. 측정

케톤 수치는 소변, 혈액, 호흡 검사로 측정할 수 있다. 이 방법들은 서로 다른 케톤체를 측정하므로 직접 비교하기는 어렵다.

5. 1. 소변 검사

5. 2. 혈청 검사

6. 의학적 이용

케톤 생성 식단으로 유도된 케톤증은 난치성 간질 치료에 효과가 있으며,^[14] 대사 증후군 지표를 개선할 수 있다.^[6][15] 대사 증후군 지표 개선에는 혈청 트리글리세라이드 감소, 고밀도 지단백질(HDL) 증가, 저밀도 지단백질(LDL) 입자의 크기 및 부피 증가 등이 있으며, 이는 콜레스테롤 수치의 잠재적 증가에도 불구하고 개선된 지질 프로파일과 일치한다.

6. 1. 간질

6. 2. 비만 및 대사 증후군

7. 안전성

저탄수화물 식단으로 유도된 케톤증의 안전성에 대해서는 임상의, 연구자, 언론에서 자주 의문을 제기한다.^[16][17][18] 이는 생리적 케톤증과 병적 케톤산증의 차이를 오해하는 데서 비롯된 우려가 많다.^[5][6] 또한 만성 케톤증이 건강한 상태인지, 아니면 피해야 할 스트레스 요인인지에 대한 논쟁도 있다.

일부에서는 인간이 케톤증을 피하도록 진화했으므로 장기간 케톤증 상태를 유지해서는 안 된다고 주장한다.^[18] 반면, 포도당 신생합성과 케톤 생성을 통해 에너지를 무한정 만들 수 있으므로 식이 탄수화물 섭취는 생리적으로 필수적이지 않다는 반론도 있다.^[19] 케톤 상태와 섭취 상태 간의 전환이 신진대사와 신경학적 건강에 긍정적인 영향을 줄 수 있다는 주장도 제기되었다.^[2]

간질이나 제2형 당뇨병 환자를 대상으로 엄격한 케톤 생성 식단을 최대 2년까지 적용한 연구를 통해 케톤증을 장기간 유지했을 때의 영향이 알려져 있다. 여기에는 단기 부작용이 장기적인 부작용으로 이어질 가능성도 포함된다.^[20] 그러나 간헐적 케톤증의 장기적인 영향에 대한 연구는 부족하다.^[20]

7. 1. 약물 고려 사항

7. 2. 부작용

7. 3. 금기 사항

8. 수의학

젖소에서 케톤증은 송아지 출산 후 첫 몇 주 동안 흔히 발생하며, 때로는 '아세톤혈증'이라고도 한다. 이는 젖 분비의 증가된 대사 요구를 보충하기에 섭취가 불충분할 때의 에너지 부족 때문이다. 상승된 β-하이드록시부티르산 농도는 포도당 신생성, 사료 섭취 및 면역 체계를 억제할 수 있으며, 우유 성분에도 영향을 미칠 수 있다.^[25] 현장 진단 검사는 소의 케톤증을 선별하는 데 유용할 수 있다.^[26]

양에서 케톤증은 혈액 내 베타-하이드록시부티르산이 0.7mmol/L 이상으로 나타나는 고케톤혈증으로 증명되며, '임신 중독증'이라고도 한다.^[27][28] 이는 여러 태아를 임신한 암컷 양의 임신 후기에 발생할 수 있으며, 임신의 상당한 대사 요구와 관련이 있다.^[29][30] 반추 동물은 소화관 내 대부분의 포도당이 반추위 미생물에 의해 대사되기 때문에 포도당 신생성을 통해 포도당을 공급해야 한다.^[31] 임신 중독증은 빠른 태아 성장에 따른 대사 요구로 인해 임신 후기에 발생할 가능성이 가장 높으며, 기상 조건, 스트레스 또는 기타 원인으로 인한 불충분한 사료 에너지 섭취로 인해 유발될 수 있다.^[28] 자연 분만, 제왕 절개 또는 유도 낙태를 통해 신속하게 회복될 수 있다. 적절한 사료 공급 및 기타 관리 조치를 통한 예방이 임신 중독증의 진행된 단계를 치료하는 것보다 더 효과적이다.^[32]

참조

_[1] 간행물 Ketone Body Metabolism https://www.diapedia[...] 2015
_[2] 간행물 Intermittent metabolic switching, neuroplasticity and brain health 2018
_[3] 간행물 Implementing a low-carbohydrate, ketogenic diet to manage type 2 diabetes mellitus 2018-09-15
_[4] 간행물 Fuel metabolism in starvation 2006
_[5] 간행물 The regulation of the release of ketone bodies by the liver 1966-01
_[6] 간행물 Beyond weight loss: a review of the therapeutic uses of very-low-carbohydrate (ketogenic) diets 2013
_[7] 간행물 The therapeutic implications of ketone bodies: the effects of ketone bodies in pathological conditions: ketosis, ketogenic diet, redox states, insulin resistance, and mitochondrial metabolism 2004
_[8] 간행물 Ketone body metabolism and its defects 2014
_[9] 간행물 Biochemistry of adipose tissue: an endocrine organ 2013
_[10] 서적 Nutrient metabolism : structures, functions, and genes Elsevier Science 2015-05-22
_[11] 간행물 Ketone bodies as a fuel for the brain during starvation 2005-07
_[12] 서적 Biochemistry W.H. Freeman and Company 1995
_[13] 간행물 Ketone bodies: a review of physiology, pathophysiology and application of monitoring to diabetes 1999-11
_[14] 간행물 Clinical aspects of the ketogenic diet 2007
_[15] 간행물 Nutritional Ketosis for Weight Management and Reversal of Metabolic Syndrome 2018
_[16] 웹사이트 Is the keto diet safe? USC experts have some serious concerns https://news.usc.edu[...] 2019-02-19
_[17] 웹사이트 7 Dangers of Going Keto https://www.health.c[...] 2019-10-03
_[18] 간행물 On the Essentiality of Dietary Carbohydrate 2003-09
_[19] 간행물 Metabolic effects of the very-low-carbohydrate diets: misunderstood 'villains' of human metabolism 2004
_[20] 서적 StatPearls StatPearls Publishing 2019
_[21] 간행물 SGLT2 Inhibitor-associated Diabetic Ketoacidosis: Clinical Review and Recommendations for Prevention and Diagnosis 2016
_[22] 웹사이트 Side effects of a ketogenic diet https://planketogeni[...] 2017-03-06
_[23] 간행물 Ketogenic diets: an update for child neurologists 2009
_[24] 간행물 Optimal clinical management of children receiving the ketogenic diet: recommendations of the International Ketogenic Diet Study Group 2009
_[25] 간행물 Review: Metabolic challenges in lactating dairy cows and their assessment via established and novel indicators in milk 2019
_[26] 간행물 A systematic review and meta-analysis of the diagnostic accuracy of point-of-care tests for the detection of hyperketonemia in dairy cows 2016
_[27] 문서 Sheep and goat medicine Saunders, Philadelphia 2002
_[28] 문서 Jensen and Swift's diseases of sheep Lea & Febiger, Philadelphia 1988
_[29] 간행물 Pregnancy toxemia and ketosis of ewes and does 1988
_[30] 간행물 Studies on the carbohydrate metabolism of sheep. IX. Metabolic effects of glucose and glycerol in undernourished pregnant ewes and in ewes with pregnancy toxaemia 1960
_[31] 문서 Nutritional ecology of the ruminant Cornell Univ. Press 1994
_[32] 서적 Merck Veterinary Manual Merck & Co.
_[33] 간행물 Multi-dimensional Roles of Ketone Bodies in Fuel Metabolism, Signaling, and Therapeutics 2017-02-07
_[34] 간행물 Mitochondria: The ketogenic diet--A metabolism-based therapy 2015-06
_[35] 간행물 Nutritional Ketosis Alters Fuel Preference and Thereby Endurance Performance in Athletes 2016-08-09
_[36] 논문 Safety and tolerability of sustained exogenous ketosis using ketone monoester drinks for 28 days in healthy adults. 2019-12
_[37] 논문 Why a d-β-hydroxybutyrate monoester? 2020-02-28
_[38] 논문 Why a d-β-hydroxybutyrate monoester? 2020-02-28
_[39] 논문 A ketone monoester drink reduces the glycemic response to an oral glucose challenge in individuals with obesity: a randomized trial. 2019-12-01
_[40] 논문 Safety and tolerability of sustained exogenous ketosis using ketone monoester drinks for 28 days in healthy adults. 2019-12
_[41] 논문 Kinetics, safety and tolerability of (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate in healthy adult subjects. 2012-08
_[42] 논문 Invited review: β-hydroxybutyrate concentration in blood and milk and its associations with cow performance. 2019-08
_[43] 논문 Beta-hydroxybutyrate in milk as screening test for subclinical ketosis in dairy cows. 2017-09-26
_[44] 서적 The Art and Science of Low Carbohydrate Performance