케톤체(ketone bodies)는 아세톤(acetone), 아세토아세트산(acetoacetate), D-β-하이드록시부티르산(D-β-hydroxybutyrate) 등 세 가지 물질의 총칭이다. 사람과 대부분의 포유류에서 간의 지방산 산화 과정을 통해 생성된 아세틸-CoA가 시트르산 회로로 들어가거나 케톤체로 전환되어 다른 조직으로 운반되는 대사 중간물질에 해당한다. '체(body)'라는 용어는 역사적으로 잘못 붙여진 명칭으로, 불용성 입자에 적용되곤 하지만 케톤체는 혈액과 소변에 잘 녹는다.
케톤체는 간의 미토콘드리아 기질에서 생성된다. 건강하고 영양 상태가 좋은 사람은 비교적 소량의 케톤체를 생성하는데, 혈중 정상 농도는 아세토아세트산과 β-하이드록시부티르산의 합계 기준으로 26~122μmol/L이다. 간은 케톤체를 생성하여 다른 조직으로 공급하지만, 간 자체는 케톤체를 연료로 사용하지 않는다(싸이오포레이스(thiophorase)가 존재하지 않기 때문). 간외 조직에서는 D-β-하이드록시부티르산이 D-β-하이드록시부티르산 탈수소효소에 의해 아세토아세트산으로 산화되고, 이후 β-케토아실-CoA 전달효소(싸이오포레이스)의 촉매로 CoA 에스터로 활성화되어 시트르산 회로에서 에너지원으로 사용된다.
기아 상태나 조절되지 않은 당뇨병에서 아세틸-CoA가 과도하게 축적되면 케톤체 생성이 촉진된다. 기아 상태에서는 포도당신생합성으로 시트르산 회로 중간체가 고갈되어 아세틸-CoA가 케톤체 생성 경로로 전환된다. 치료받지 않은 당뇨병 환자의 경우 인슐린 부족으로 간외 조직이 포도당을 효과적으로 활용하지 못하고, 지방산 분해가 항진되어 아세틸-CoA가 과다 축적되며, 이로 인해 케톤체 생산이 정상 한계를 초과하여 상승한다.
혈중 케톤체 농도가 과도하게 상승하면 케톤증(ketosis) 상태가 된다. 특히 아세토아세트산과 D-β-하이드록시부티르산은 산성이 강하여, 이들의 농도가 매우 높아지면 혈액 pH가 낮아지면서 산증(acidosis)을 초래하며, 이 상태를 당뇨병성 케톤산증(diabetic ketoacidosis, DKA)이라고 한다. 이는 주로 제1형 당뇨병 환자에게 발생하며, 심해지면 혼수나 사망에 이를 수 있다. 치료받지 않은 당뇨병 환자의 경우 혈중 케톤체 농도가 90mg/100mL(정상은 3mg/100mL 미만)까지 상승하고, 24시간 요 배설량은 5000mg(정상은 125mg 이하)에 이를 수 있다.
한편 인슐린 기능이 정상인 상태에서의 케톤체 상승(예: 단식, 저탄수화물 식이)은 생리적 현상으로 간주된다. 단식 시 혈중 케톤체는 기준치의 30~40배까지 상승할 수 있으나, 인슐린 작용이 유지되는 한 혈액의 완충 작용에 의해 안전하게 조절된다. 초저칼로리 식이를 하는 경우에도 케톤체 농도가 상승할 수 있으므로 산증 위험을 피하기 위해 지속적인 관찰이 필요하다.
