O proxy do MySQL é baseado em conexão. Você mencionou as consultas na sua pergunta, para usar isso como um exemplo, se você tiver uma caixa que abre uma conexão e fizer 100.000 consultas sobre ela, todas elas irão para o mesmo servidor de backend. Você pode verificar isso observando o código-fonte:
mysql-proxy-0.8.2/src/network-conn-pool.c:
182 GQueue *conns = network_connection_pool_get_conns(pool, username, NULL);
183
184 /**
185 * if we know this use, return a authed connection
186 */
187 if (conns) {
188 entry = g_queue_pop_head(conns);
É apenas pegar a próxima conexão da piscina. Se você olhar para o número de conexões TCP para o ODBC que você está usando, elas devem sair para 50/50.
Você pode verificar o aumento do número de conexões de banco de dados em sua configuração de ODBC para seu aplicativo na esperança de distribuir a carga de consulta dessa maneira.