定义
在正常人餐后或夜间进食状态下，血液和尿液中的酮体（乙酰乙酸、β-羟基丁酸和丙酮）不明显。然而，这些酮酸在葡萄糖供应受限的情况下成为代谢能量的重要来源，如长时间禁食，或使用葡萄糖的能力大大降低，如失代偿糖尿病。在长期饥饿期间，这些代谢活性强有机酸的动脉浓度增加约70倍，达到10至12米M（M）并达到显著更高的水平30至40米M（M）糖尿病酮症酸中毒。导致酮症发生的机制是：（1）肝脏分泌增加；（2） 肌肉外周利用率降低；（3）减少分配量。由于酮体不与血浆蛋白结合，因此它们是肾小球中可自由过滤的溶质，并在肾小管尿液中定量出现。在隔夜禁食后正常情况下，酮体的血浆浓度很低，尿排泄率可以忽略不计。当血浆水平超过0.1至0.2米时M（M）然而，排泄量增加，尿中出现可测量的酮体。
技术
有两种半定量试验可用于快速测定尿液和血液中的主要乙酰乙酸，尽管它们从未被认为对血液完全满意。氯化铁试验是将5至10滴新鲜排尿加入几滴10%氯化铁溶液中进行的。起初，会形成磷酸铁沉淀，但随着尿滴的增加，沉淀消失，呈现紫红色。颜色的强度是1+到4+。该分析仅测量乙酰乙酸，其灵敏度小于80 mg/dl。不幸的是，水杨酸盐和安替比林以及酚类、醋酸盐和氰酸盐等药物会导致假阳性结果。为了克服这个问题，将样品煮沸2分钟以去除不稳定的乙酰乙酸盐，这会导致红色消失。最好在之前煮沸的尿液样本上重复测试。
硝普钠反应测量生物材料中的丙酮和乙酰乙酸，但不测量羟基丁酸。大多数药物和代谢产物都没有干扰。这是设计的最成功的测试。对于Rothera试验A（以试验发起人命名），向5 ml尿液中添加1 gm硫酸铵，摇晃溶解后，添加3滴新制备的硝普钠溶液。混合后，将1至2 ml氢氧化铵饱和溶液分层到样品上，2分钟后，根据1+至4+的强度判断界面上形成的紫色。硝普钠试验将检测1至2 mg/dl乙酰乙酸或10 mg/dl丙酮。在灵敏度较低但可能更方便的分析中（Rothera试验B），使用硫酸铵溶液，并将试剂与样品混合，使整个溶液变为紫色。可以检测到10 mg/dl乙酰乙酸或40 mg/dl丙酮。为了提高检测的便利性，Joslin诊所通过将硝普钠与硫酸铵（分别为5克至200克）结合，配制出稳定、干燥的硝普钠制剂。用这种混合物浸透2至3毫升尿液，用氢氧化铵覆盖2至3分钟后，读取界面上的紫色。颜色强度从紫粉色到深紫色，得分为1+到4+，但随着站立而恶化。发展中国家仍在临床上使用氯化铁和硝普钠试验。
硝普钠可用作测试片（醋酸）和包衣试剂条（凯托西），这两种试剂条均由印第安纳州埃尔克哈特市艾姆斯迈尔斯实验室公司制造。使用乙酰丙酮，30秒后将颜色发展与图表进行比较，判断为阴性、小、中或大。片剂将检测到5-10 mg/dl的乙酰丙酮和20 mg/dl丙酮。每种类型的定量范围包括：小剂量为5至20 mg/dl，中剂量为20至40 mg/dl以及大剂量为40mg/dl或更高。使用Ketostix时，将试纸暂时浸入尿样中或通过尿流，并在1分钟后与彩色图表进行比较。刻度为阴性、微量、小、中、大。该条能够检测5 mg/dl乙酰乙酸，但不与丙酮反应。与乙酸乙酯相比，该范围更宽，并且在较高的区域中稍微向右移动，使得只有16%的含有20mg/dl乙酰乙酸乙酯的样品被读取为中等，而24%的含有80mg/dl乙酰乙酸乙酯的样品仍然被称为中等。含40 mg/dl乙酰乙酸的样品中，只有15%被判定为较大；在80 mg/dl和160 mg/dl时分别有76%和100%较大。当在高比重（1.010至1.020之间）和低H下测试尿液时，Ketostix测试最准确。高色素尿液样本可能会产生假阳性读数。左旋多巴也会导致假阳性结果。Ketostix试纸条的敏感性低于Acetest片剂，并且在批次之间具有高度的可变性。灵敏度在5 mg/dl范围内的醋酸盐是较好的方法。
还有其他几种方法可用于测量酮体。随着3-羟基丁酸脱氢酶的分离和纯化，建立一种灵敏且高度特异的乙酰乙酸和羟基丁酸酶法成为可能。该酶催化氧化还原反应：
最近，已开发出荧光技术和自动比色法用于此分析，并描述了其他酶法用于乙酰乙酸的测定。最后，小林及其同事（1983年）开发了一种气相色谱法，用于测定尿液中的丙酮和乙酰乙酸。他们推测，在羟基丁酸被定量氧化为乙酰乙酸之后，该方法也可以很容易地用于测量羟基丁酸。
基础科学
当脂肪组织甘油三酯水解加速和肝脂肪酸跨线粒体内膜渗透性增加（由循环胰岛素减少和胰高血糖素增加产生）导致糖原分解、糖异生、脂肪分解、脂肪酸氧化、，和酮生成。正常人的血浆酮水平是自我限制的，因为在2到4米M（M）浓度和更高时，刺激胰岛素释放，从而通过胰岛素限制脂肪分解和游离脂肪酸可用于肝脏氧化来预防酮症酸中毒。在胰岛素依赖型糖尿病患者中，游离脂肪酸的浓度持续不可控制地增加，直到酮症酸中毒发生。除了禁食、长期饥饿和糖尿病失控外，丙酮尿症还可能出现在其他生理条件下。急性酒精中毒和严重且长时间的运动可能导致酮症酸中毒。在妊娠晚期、分娩和分娩期间，产后立即，偶尔在哺乳期间，也可能在尿液中检测到酮体。新生儿的酮体生成也可能增加，导致明显的酮尿症。这些临床症状的特征都是葡萄糖利用率暂时降低，葡萄糖利用率增加，以及皮质醇和肾上腺素等反调节或应激相关激素水平升高。
为了减少这些重要的代谢燃料的泌尿损失，这些代谢燃料在禁食期间提供了大量的热量需求，肾脏能够重新吸收增加的酮酸过滤负荷的一部分。一旦超过肾阈值，尿中乙酰乙酸的排泄量与血浆浓度之间存在线性相关性。大多数报告描述了随着过滤负荷的增加，羟丁酸排泄量的类似线性关系。在酮体血浆水平升高时，乙酰乙酸和羟基丁酸的平均排泄分数分别为0.15至0.19。因此，在低血浆浓度下，酮体似乎被肾小管完全吸收，但随着血浆水平升高和酮体过滤负荷增加，出现明显的酮尿症。净重吸收率与酮体的过滤负荷成正比，因此，尽管血浆浓度大幅增加，但约20%过滤负荷的排泄率保持不变。最近的证据支持这样一个结论，即酮体不存在管状最大值，或者这超过了饥饿研究期间的高过滤负荷。由于排泄率相对不变，因此重吸收率必须增加。增加这种再吸收率的机制尚不清楚，但已经证明，再吸收率不会因血管外容量和钠平衡的减少而改变，而血管外容量的减少伴随着饥饿和失代偿糖尿病。
对大鼠的研究表明，羟基丁酸盐浓度的再吸收分数最初有所下降，但随着羟基丁酸浓度升高，再吸收分数没有进一步下降。这些数据可能提示羟丁酸的可饱和和非饱和肾转运系统。可饱和组分的最大传输速率在动脉浓度约1.7 m时实现M（M）虽然肾对羟基丁酸的利用率随着这种酮酸动脉水平的增加而增加，但它并不影响净重吸收率。羟基丁酸的再吸收速率总是超过利用率。与人类一样，乙酰乙酸在大鼠体内的排泄率与其过滤率成正比。未观察到最大速率，表明肾脏中也存在乙酰乙酸再吸收的非饱和机制。乙酰乙酸盐的重吸收通过增加羟丁酸盐的水平而降低，这表明了一种常见的竞争性管状转运机制。随着羟丁酸利用率的增加，乙酰乙酸不会由肾脏释放到血液中，但同时存在肾脏对乙酰乙酸的净利用率。随着动脉乙酰乙酸浓度的增加，这种情况趋于增加。有证据表明，随着乙酰乙酸再吸收水平的降低，细胞从肾小管周围血液中的吸收维持了较高的利用率。最后，已知从大鼠肾脏刷状缘分离的膜泡含有钠颗粒依赖性载体系统，该系统将酮体运输到渗透反应空间。载体显示出乙酰乙酸和羟基丁酸之间的相互抑制，加速了交换扩散、饱和和竞争抑制，并且缺乏哇巴因敏感性。
两种酮酸的肾脏利用约占注入酮体周转量的50%。因此，氧化代谢占了从血液中测定的酮体肾脏清除率的主要部分。据计算，在长期饥饿的情况下，酮体的肾重吸收可节省约225千卡/天，否则会在尿液中流失。高达60%被肾脏消耗，其余部分在缺糖期间被中枢神经系统利用。肾脏重新吸收酮体的能力也能保存钠、钾和铵离子，因为在这些阴离子丢失期间，需要尿电中性以等摩尔排泄阳离子。在禁食的头几天或糖尿病酮症酸中毒的整个过程中，钠和钾随着酮体的排泄而流失。如果饥饿持续下去，伴随酮体的专性阳离子会变成铵离子。因此，酮体的再吸收不仅节省了热量，还节省了氨氮，每天至少可以节省7克氮。
临床意义
糖尿病控制不良或失代偿是导致酮尿症的最常见病理状态。因此，医院和门诊患者普遍采用尿液酮类常规检测来评估糖尿病控制的充分性，并确定失去控制期间的胰岛素剂量。自我血糖监测的广泛可用性以及该方法作为糖尿病控制监测手段的优越性，都降低了尿液中酮体检测的重要性和频率。这是一个严重的疏忽，因为没有血糖水平本身可以诊断危及生命的酮症酸中毒。虽然没有必要对每个尿液样本进行酮尿症检测，但几乎任何水平的高血糖症在与并发疾病或压力相关时都需要进行尿酮体检测。许多晚期酮症酸中毒病例未被确诊，并发展到严重状态，因为卫生保健专业人员和患者不仅放弃了糖尿检测，还放弃了酮尿检测。
丙酮尿症的存在与否也有助于婴儿和儿童空腹低血糖的临床分类。酮体的缺乏是与β细胞瘤形成相关的胰岛素分泌过多的证据，而酮症酸中毒则表明缺乏燃料。然而，由于这种歧视性测试可能不准确且不可靠，因此在进行概括时需要谨慎。在高胰岛素血症的情况下，酮体的血浆水平可能受到抑制，但不足以预防酮尿症。基于胰岛素抑制酮体生成的作用，同样的理论基础被用来作为胰岛素依赖型糖尿病患者夜间低血糖发生的粗略指标。严重的糖尿伴或不伴轻度丙酮尿症被认为是胰岛素诱导低血糖后反弹高血糖的证据（索莫吉效应）。酮体肾阈值低、硝普钠试验敏感性高以及膀胱内尿液混合问题可能使这种临床判断不可靠。
过量摄入乙醇也是导致丙酮尿症的常见原因。经常使用乙醇与近期或长期缺乏足够的营养有关，模拟急性或慢性饥饿状态。此外，乙醇代谢抑制糖异生。因此，在大多数情况下都会出现相对低血糖和胰岛素减少，尽管乙醇与蔗糖摄入相结合时会直接刺激胰岛素分泌。
工具书类
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