Ketose ist ein Abfallprodukt des Fettstoffwechsels. Aus den Ketten so genannter freier Fettsäuren stellt der Körper kleinere Moleküle aus Kohlen- und Wasserstoffatomen her. Vor allem in der Leber und im Fettgewebe werden Fette zu Ketonen oder Kentonkörpern umgebaut. Das einfachste ist Aceton, häufiger sind Acetoacetat und ß-Hydroxybutyrat. Traubenzucker ist die kleinste und einfachste Form von Kohlenhydraten und ist der Hauptbrennstoff des Körpers. Alle Kohlenhydrate werden bei der Verdauung zu diesen kleinen energiereichen Zuckermolekülen zerkleinert, die von allen Zellen genutzt werden können.
Wenn aber Zucker im Blut knapp wird, können auch Ketone verbrannt werden. Schaltet der Körper auf den Alternativbrennstoff um, so spricht man von Ketose. Sie gilt als erreicht, wenn im Blut mehr Ketonkörper als Glukosemoleküle kreisen bzw. wenn über den Urin Ketonkörper ausgeschieden werden. Ketose tritt auf, wenn bei Diabetikern der Stoffwechsel entgleist. Dann ist zwar reichlich Glukose im Blut, da aber Insulin fehlt oder wirkungslos bleibt, kann der Zucker nicht in die Zellen aufgenommen und verbrannt werden. Vorm Verhungern retten dann nur Ketone.
Selbst das Gehirn, das normalerweise ausschließlich Glukose verbrennt, kann nach einer gewissen Umstellungszeit Ketone verwerten. Erst wenn die Ketonkonzentration im Blut hoch genug ist, gelangen die energiereichen Moleküle durch die Blut-Hirn-Schranke. Nach ein bis zwei Wochen im Hungerstoffwechsel wird das Gehirn ausreichend mit Energie versorgt und erreicht wieder seine volle Leistungsfähigkeit. Da die Ketone, die mit dem Urin ausgeschieden werden, nicht zu Energie verbrannt werden, ging Robert Atkins davon aus, dass Ketose größere Gewichtsabnahmen ermöglicht.
Die unbegrenzten Fettmengen, die seine Diät erlaubt, werden – so die Idee – in Form von Ketonkörpern wieder ausgeschieden. Tatsächlich ist die Energie, die in Hungerzeiten ausgeschieden wird, minimal und zum Abnehmen vollkommen irrelevant. Studien zeigen, dass die Gewichtsabnahme unabhängig davon ist, ob der Körper auf Ketose umstellt oder nicht.
Der Verlust von Eiweiß und Fett war gleich, egal ob die Versuchspersonen 15, 25 oder 45 Prozent ihrer Nahrungskalorien aus Kohlenhydraten bekamen. Bei einer normalen Diät verliert man hauptsächlich Körperfett. Bei einer „ketogenen Diät“ also einer Ernährungsform, die den Stoffwechsel in die Ketose zwingt wie die Atkins-Diät, verliert man zu Anfang hauptsächlich Wasser.
Erst nach einigen Wochen ist der Wasserhaushalt ausgeglichen und die Diäter fangen an, Körperfett abzubauen. Ketonkörper säuern das Blut stark an. Damit es nicht zur Übersäuerung kommt, mobilisiert der Körper Kalzium aus den Knochen, um die Säure im Blut zu neutralisieren. Im Extremfall, der so genannten Ketoazidose, lassen Ketonkörper den pH-Wert des Blutes ins extrem saure Milieu absinken. Dieser Zustand ist lebensbedrohend bei Nicht-Diabetikern, aber extrem selten.