보충제

케톤 에스테르

케톤 에스테르(ketone esters)는 단식이나 케토제닉 식단 없이도 몇 분 만에 혈중 케톤 수치를 높이는 음료입니다. 가장 많이 연구된 형태는 옥스퍼드 대학교(University of Oxford)와 미국 국립보건원(NIH) 연구진이 개발한 케톤 모노에스테르인 (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate입니다. 신체는 이를 주요 케톤체인 D-β-하이드록시부티레이트(BHB)와 간에서 마찬가지로 케톤으로 전환되는 전구체로 분해합니다. 케톤염(나트륨, 칼륨 또는 기타 미네랄에 결합된 BHB)은 혈중 케톤을 훨씬 적게 높이는 대안 형태입니다.

스포츠 분야에서의 관심은 엘리트 사이클 선수를 대상으로 한 2016년 연구에서 30분 타임 트라이얼 주행 거리가 2% 증가했다고 보고된 이후 본격화되었습니다. 그러나 후속 임상시험들과 세 건의 체계적 문헌고찰에서는 신뢰할 만한 수행 능력 향상 효과가 확인되지 않았으며, 일부 임상시험에서는 수행 능력이 오히려 저하되었습니다. 미국에서 모노에스테르는 GRAS(‘일반적으로 안전하다고 인정되는 물질’) 통지 대상인 식품 원료이며, 세계반도핑기구(WADA) 금지목록에는 포함되어 있지 않습니다.

이 페이지는 임상시험, 메타분석 및 규제 기관의 보고 내용을 요약합니다. 본 내용은 교육 목적으로만 제공되며 의학적 조언이 아닙니다.

항목 상세 정보
분류 외인성 케톤; 식품 원료 / 식이보충제
주요 형태 케톤 모노에스테르, (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate (C₈H₁₆O₄, 176.21 g/mol)
기타 형태 케톤 디에스테르(1,3-butanediol acetoacetate); 케톤염(나트륨, 칼륨 BHB)
투여 경로 경구 음료
임상시험 용량 모노에스테르 회당 ≈ 140–714 mg/kg; 28일 동안 하루 세 번 25 mL(26.8 g)
최고 혈중 BHB 농도 모노에스테르 복용 시 ≈ 1–5 mM; 동일한 BHB 용량의 케톤염 복용 시 ≈ 1 mM
BHB 반감기 모노에스테르 단일 음료 섭취 후 0.8–3.1시간
미국 내 지위 식품 원료; FDA(미국 식품의약국)의 GRAS 통지 GRN 515에 대한 ‘이의 없음(no questions)’ 서한 (2015)
WADA 지위 2026 금지목록에 등재되지 않음

개요

케톤체는 단식이나 초저탄수화물 식단 중에 간이 지방으로부터 만드는 작은 연료 분자입니다. 혈중의 두 가지 주요 케톤체는 BHB와 아세토아세테이트(acetoacetate)입니다. 건강한 자원자에서 안정 시 BHB는 약 0.1 mM이었습니다(Soto-Mota et al., Regul Toxicol Pharmacol 2019). 영양적 케톤증(nutritional ketosis)은 일반적으로 케토제닉 식단이 목표로 하는 수준인 혈중 케톤 0.5 mM 초과로 정의됩니다(ISSN position stand, JISSN 2024).

케톤 에스테르는 케톤을 직접 전달합니다. 모노에스테르는 에스테르 결합을 통해 하나의 BHB 분자를 (R)-1,3-부탄디올에 결합시킵니다(PubChem CID 44631890). 장, 혈액 및 간의 효소가 이 에스테르를 분해합니다. 그런 다음 간은 알코올 탈수소효소와 알데히드 탈수소효소를 사용하여 부탄디올 부분을 추가적인 BHB와 아세토아세테이트로 전환합니다(Clarke et al., Regul Toxicol Pharmacol 2012). 옥스퍼드 연구진에 따르면 모노에스테르 일 몰(mole)은 두 몰의 BHB 당량을 생성합니다(Stubbs et al., Front Physiol 2017).

형태 함유 성분 임상시험 비고
케톤 모노에스테르 (R)-3-hydroxybutyl (R)-3-hydroxybutyrate D-BHB를 가장 많이 상승시킴; 쓴맛이 강함; 혈액 pH를 약간 낮춤
케톤 디에스테르 1,3-butanediol acetoacetate 일부 스포츠 임상시험에서 사용됨; 엘리트 사이클 선수에서 위장관 불편감과 관련됨
케톤염 나트륨, 칼륨 (또는 칼슘) BHB D-BHB 최고 농도가 훨씬 낮음; 흔히 D-BHB와 L-BHB의 50:50 혼합물임; 미네랄 부하가 큼

스포츠 분야에서 제시된 기전은 연료 전환입니다. 혈중 케톤 수치가 높으면 근육이 케톤과 지방을 더 많이 연소하고 글리코겐(저장된 탄수화물)에 덜 의존할 수 있다는 것입니다. 이러한 아이디어는 아래에 설명된 Cox 2016 연구에서 나왔습니다.

체내 작용 기전

주요 동태 데이터는 건강한 성인을 대상으로 한 옥스퍼드 임상시험들에서 나왔습니다.

연구 용량 결과
Clarke 2012, 단일 용량 140, 357 또는 714 mg/kg 1–2시간 이내 최고 BHB 도달; 최고 용량에서 BHB 3.30 mM 및 아세토아세테이트 1.19 mM; 미분해 에스테르는 혈장에서 검출되지 않음
Clarke 2012, 반감기 동일 BHB 소실 반감기 0.8–3.1시간; 아세토아세테이트 8–14시간
Stubbs 2017, 에스테르 대 염 ≈ 12 또는 24 g BHB 최고 D-BHB 2.8 mM(에스테르) 대 1.0 mM(염); 3–4시간 이내 기저치로 회복
Stubbs 2017, 식사와 함께 복용 395 mg/kg 식사가 최고 D-BHB를 33% 감소시킴 (식후 2.2 대 공복 3.3 mM)
Holdsworth 2017 운동 후 모노에스테르 음료 최고 D-BHB 5.3 mM 대 대조군 0.7 mM
Soto-Mota 2019 28일간 하루 세 번 25 mL 매 음용 후 BHB가 0.1에서 4.1 mM으로 상승

출처: Clarke et al. 2012; Stubbs et al. 2017; Holdsworth et al., MSSE 2017; Soto-Mota et al., Regul Toxicol Pharmacol 2019.

Stubbs 연구에서 확인된 기타 결과는 다음과 같습니다:

  • 케톤염에는 거울상 형태인 L-BHB가 50% 함유되어 있었습니다. L-BHB는 혈중에 8시간 넘게 머물렀으며 연료로 덜 쉽게 사용되는 것으로 보입니다.
  • 섭취한 BHB 중 소변으로 소실된 양은 1.5% 미만이었습니다.
  • 산-염기 변화. 모노에스테르는 정상 범위 내에서 혈액 pH를 0.10 낮추고 중탄산염을 23.6에서 17.0 mM으로 낮추었습니다. 반면 케톤염 음료는 소변 pH를 5.7에서 8.5로 높였습니다.
  • 포도당 및 지방. 모든 케톤 음료는 혈당, 유리지방산 및 중성지방을 낮추었습니다.

혈당 감소 효과는 메타분석을 통해 확인되었습니다. 참가자 586명이 포함된 43건의 임상시험 전반에서 외인성 케톤은 위약 대비 혈중 BHB를 1.98 mM 높였고 혈당을 0.47 mM(≈ 8.5 mg/dL) 낮추었습니다. 모노에스테르가 케톤염보다 더 큰 효과를 보였습니다(Falkenhain et al., Adv Nutr 2022).

규제 현황

  • 미국 식품 원료. TdeltaS Ltd(옥스퍼드 분사 기업)는 2014년 5월 8일 바, 겔 및 음료에 회당 체중 kg당 최대 0.36 g까지 사용하는 용도로 ’D-베타-하이드록시부티레이트 에스테르’에 대한 GRAS 통지 GRN 515를 제출했습니다. FDA는 2015년 3월 5일 ‘이의 없음(no questions)’ 서한으로 통지를 종결했습니다(FDA GRN 515). ‘이의 없음’ 서한은 FDA가 회사의 GRAS 결론에 이의를 제기하지 않았다는 의미일 뿐, 의약품 승인이 아니며 운동 수행 능력에 대해서는 아무것도 보증하지 않습니다.
  • 관련 원료. 유리 D-BHB(에스테르가 아닌 형태)는 스포츠 음료, 바 및 겔에 회당 최대 6 g까지 사용하는 용도로 2022년 GRN 1032로서 별도의 ‘이의 없음’ 서한을 받았습니다(FDA GRN 1032).
  • 의약품 아님. 어떠한 케톤 에스테르도 질병 치료 목적으로 FDA 승인을 받지 않았습니다.
  • 반도핑. WADA 2026 금지목록에는 케톤 에스테르, 케톤염 또는 BHB가 등재되어 있지 않습니다. 금지목록이 금지하는 대사 조절제(분류 S4.4)는 AMPK 활성화제, PPARδ 작용제, Rev-erbα 작용제, 인슐린류, 멜도니움 및 트리메타지딘입니다.

연구 결과

지구력 수행 능력: 최초의 긍정적 연구

옥스퍼드의 Cox와 동료들은 고수준 운동선수 39명을 대상으로 다섯 건의 연구를 수행했습니다(Cox et al., Cell Metab 2016). 수행 능력 검사에는 엘리트 사이클 선수 8명(남성 6명, 여성 2명)이 참여했습니다. 이들은 30분 타임 트라이얼 전에 약 576 mg/kg의 모노에스테르와 탄수화물을 혼합한 음료, 또는 동일한 칼로리의 탄수화물 음료를 마셨습니다. 케톤 음료를 마셨을 때 주행 거리가 약 2% 더 증가했습니다(Margolis & O’Fallon, Adv Nutr 2020).

이 연구는 또한 근육의 해당작용 감소, 혈중 젖산 수치 감소 및 근육 내 저장 지방의 연소 증가를 보고했습니다. 이러한 결과는 이후 케톤 음료에 대한 폭발적인 관심을 불러일으켰습니다.

후속 임상시험: 대부분 효과 없음, 일부는 부정적 결과

임상시험 대상 집단 케톤 용량 수행 능력 결과
Leckey et al., Front Physiol 2017 엘리트 남성 사이클 선수 10명, 교차 설계 디에스테르, 2 × 250 mg/kg ≈ 31 km 타임 트라이얼 기록 2% 저하(느려짐); 위장관 불편감 및 운동자각도 증가
Evans et al., MSSE 2019 훈련된 주자 8명, 교차 설계 모노에스테르 573 mg/kg + 탄수화물 10 km 기록: 2402 대 2422초, 차이 없음 (p = 0.483)
Whitfield et al., MSSE 2021 엘리트 경보 선수 18명 모노에스테르 573 mg/kg BHB가 3.2 mM까지 상승했으나 산소 소모량은 변함없음; 5일간의 저탄수화물 식단에 에스테르를 추가해도 10 km 경기 기록이 ≈ 6% 느려지는 것을 막지 못함
Poffé et al., MSSE 2021 훈련된 남성 사이클 선수 9명, 교차 설계 모노에스테르 65 g, 단독 또는 중탄산나트륨 병용 에스테르 단독: 15분 타임 트라이얼에서 이득 없음; 에스테르 + 중탄산염: 대조군 대비 파워 5% 증가
Engelbrecht et al., MSSE 2026 훈련된 사이클 선수 18명, 8일간의 모의 레이스 매 스테이지 후 및 취침 전 모노에스테르 25 g 수행 능력, 회복, 수면 또는 인지 기능에 이점 없음

Poffé 연구는 결과가 엇갈리는 한 가지 이유를 시사합니다. 해당 임상시험에서 에스테르 단독 투여는 혈액 pH를 7.43에서 7.36으로, 중탄산염을 25.5에서 20.5 mM으로 떨어뜨렸습니다. 이러한 산 부하를 상쇄하기 위해 중탄산나트륨(300 mg/kg)을 함께 추가했을 때만 수행 능력이 향상되었습니다. 그러나 이 조합은 극소수의 운동선수에게서만 시험되었습니다.

체계적 문헌고찰 및 메타분석

문헌고찰 포함된 연구 수행 능력에 대한 통합 효과
Valenzuela et al., IJSPP 2020 무작위 배정 임상시험(RCT) 13건 Hedges g −0.05 (95% CI −0.30 to 0.20); 에스테르 g −0.07; 염 g −0.02; 모두 유의하지 않음
Margolis & O’Fallon, Adv Nutr 2020 RCT 10건, 참가자 112명 (남성 109명) 16개 결과 지표 중 긍정적 3개, 효과 없음 10개, 부정적 3개; 이질성이 매우 높음
Brooks et al., IJSNEM 2022 RCT 8건, 참가자 80명 Hedges g 0.136 (95% CI −0.195 to 0.467), 유의하지 않음

Hedges g는 표준화된 효과 크기로, 0에 가까운 값은 효과가 없음을 의미합니다. 세 문헌고찰 모두 케톤 음료가 혈중 케톤 수치는 확실히 높이지만 단거리 질주부터 약 50분까지의 종목에서 운동 수행 능력을 일관되게 향상시키지는 않는다는 데 동의합니다. 참가자의 거의 전원이 남성이었습니다.

회복 및 훈련

회복에 관한 근거는 규모가 작고 결과가 엇갈립니다:

  • 글리코겐 재보충. 훈련된 남성 12명에서 모노에스테르 음료를 마신 뒤 2시간 동안 글루코스 클램프(혈당을 10 mM으로 유지하기 위해 포도당을 정맥 주입하는 기법)를 시행한 결과, 대조군에 비해 인슐린이 두 배로 증가하고 근육 글리코겐이 50% 더 많이 합성되었습니다(Holdsworth et al., MSSE 2017). 그러나 클램프는 실험실 조건이지 일반적인 식사가 아닙니다. 표준 단백질-탄수화물 회복 음료를 마신 남성 8명을 대상으로 한 두 번째 연구에서는 에스테르를 추가해도 글리코겐 재합성이 변하지 않았습니다. 다만 근단백질 합성과 관련된 경로인 mTORC1 신호전달은 증가했습니다(Vandoorne et al., Front Physiol 2017).
  • 오버리칭(과부하 훈련). 3주간의 과부하 훈련 동안 체력이 좋은 남성 18명이 매 세션 후 모노에스테르 또는 대조 음료를 섭취했습니다. 케톤군은 3주 차에 15% 더 높은 훈련 부하를 견뎌냈습니다. 또한 야간 스트레스 호르몬의 상승 폭이 더 작았고 음(-)의 에너지 균형 상태로 빠지지 않았습니다(Poffé et al., J Physiol 2019).
  • 다일(multi-day) 레이스. 동일한 연구진은 이후 8일간의 모의 스테이지 레이스에서 회복이나 수행 능력에 대한 이점이 없음을 확인했습니다(Engelbrecht et al. 2026).

인지 기능

케톤은 뇌에 연료를 공급할 수 있기 때문에 집중력 향상 목적으로 마케팅되어 왔습니다. 그러나 임상시험 데이터는 일관되지 않습니다:

  • 통합 데이터. 29개의 임상시험 프로토콜(참가자 1,117명)을 분석한 2026년 메타분석에서는 위약 대비 인지 검사에서 작은 이점이 확인되었습니다(SMD 0.29, 95% CI 0.16–0.41). SMD는 표준화 평균 차이로, 약 0.2–0.3은 일반적으로 작은 효과로 간주됩니다. 저자 중 여러 명은 케톤 제품을 판매하는 기업의 지분을 보유하거나 해당 기업에 재직 중이었습니다(Bonnechère et al., Front Nutr 2026).
  • 운동선수. 10 km 달리기 임상시험에서 반응 시간과 멀티태스킹 능력은 변하지 않았으며(Evans et al. 2019), 8일간의 사이클링 레이스 동안에도 인지 기능은 개선되지 않았습니다(Engelbrecht et al. 2026).

각성 보조제를 찾는 운동선수들은 훨씬 더 방대한 근거 기반과 별도의 안내 페이지를 갖춘 카페인을 참고할 수도 있습니다.

부작용 및 위험성

위장관 증상

위장 장애가 가장 흔한 문제이며 용량이 높을수록 증가합니다:

  • Clarke 2012 (5일 연구, 용량군당 12명). 최고 용량인 2,142 mg/kg/일에서 참가자 두 명이 중도 탈락했는데, 한 명은 심한 구토 때문이었고 다른 한 명은 오심, 설사, 흉통 및 복통 때문이었습니다. 해당 군의 다른 참가자들도 경증에서 중등도의 고창(가스 참), 오심, 설사, 변비, 구토 및 복부 팽만감을 보고했습니다. 두통, 어지러움 및 졸음도 보고되었습니다(Clarke et al. 2012).
  • Soto-Mota 2019 (28일). 하루 세 번 26.8 g 복용 시 총 2,016회의 음용 중 6회에서 경미한 오심이 뒤따랐습니다(Soto-Mota et al. 2019).
  • 스포츠. 엘리트 사이클 선수에서 디에스테르 복용 시 타임 트라이얼 기록이 2% 느려진 결과는 위장관 불편감을 동반했습니다(Leckey et al. 2017).

모노에스테르는 강한 쓴맛이 납니다. Stubbs 연구에서는 에스테르 음료가 쓰고 염 음료가 짰기 때문에 맹검을 유지할 수 없었습니다.

중장기 안전성

가장 긴 안전성 연구는 18–70세의 건강한 성인 24명을 대상으로 28일 동안 진행되었습니다. 이 연구에서 체중이나 체성분, 공복 혈당, 콜레스테롤, 중성지방, 전해질, 혈액 가스 또는 신장 기능의 변화는 관찰되지 않았습니다(Soto-Mota et al. 2019). 수개월에서 수년에 걸친 장기 안전성 임상시험은 없습니다. 주요 안전성 연구들은 모노에스테르를 개발하고 특허를 낸 연구진에 의해 수행되었습니다.

산 부하 및 혈당

  • 산 부하. 모노에스테르 음료는 혈액 pH와 중탄산염의 작고 일시적인 감소를 유발합니다. 건강한 자원자에서 이 변화는 정상 범위 내에 머물렀습니다(Stubbs et al. 2017).
  • 혈당 감소. 케톤 음료는 혈당을 일관되게 약 0.5 mM 낮춥니다(Falkenhain et al. 2022). 위 임상시험들은 건강한 자원자를 대상으로 했으므로, 케톤 음료가 당뇨병 치료제와 어떻게 상호작용하는지는 보여주지 못합니다.

케톤염: 미네랄 부하

케톤증에 도달하기 위해 케톤염 제품은 다량의 미네랄을 함께 전달합니다. Stubbs 연구에서 케톤염 음료는 나트륨과 칼륨을 각각 1.6–3.2 g씩 함유하고 있었음에도 약 1 mM의 D-BHB만 생성했습니다(Stubbs et al. 2017). 해당 제품 내 BHB의 약 절반은 체내에서 덜 활용되는 L-형태였습니다.

핵심 요약

  • 혈중 케톤 수치를 확실하게 높입니다. 모노에스테르 음료는 1–2시간 이내에 약 1–5 mM의 BHB 농도에 도달하여 케톤염(약 1 mM)보다 훨씬 높은 수치를 보이며, 3–4시간 이내에 다시 감소합니다.
  • 운동 수행 능력 향상 효과는 입증되지 않았습니다. 2016년의 한 연구에서 2% 향상이 보고된 이후 세 건의 체계적 문헌고찰에서는 전반적인 효과가 확인되지 않았으며, 몇몇 임상시험에서는 기록이 오히려 느려졌습니다.
  • 산 부하가 이점을 상쇄할 수 있습니다. 에스테르는 혈액 pH와 중탄산염을 낮춥니다. 한 소규모 임상시험에서는 중탄산나트륨을 함께 추가했을 때만 이점이 나타났습니다.
  • 회복 및 인지 기능 데이터는 엇갈립니다. 일부 실험실 연구는 이점을 보여주지만 최근의 실전형 임상시험에서는 이점이 없었으며, 인지 기능 메타분석은 업계와의 이해관계 속에서 작은 효과만을 보여줍니다.
  • 위장관 증상은 용량에 따라 증가합니다. 매우 높은 용량에서 오심, 복부 팽만감 및 설사가 흔했으며, 안전성 연구는 28일간의 연구만 존재합니다.
  • 합법이며 스포츠에서 금지되지 않았습니다. 모노에스테르는 GRAS 통지 GRN 515에 따른 미국 식품 원료이며, WADA 2026 금지목록에는 케톤이 등재되어 있지 않습니다.

출처

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