Defining Adequate Vitamin D Intake : Cross-sectional and Intervention Studies

Abstract

D-vitamiini ylläpitää normaalia luun kasvua ja uudistumista koko elämän ajan. Suomessa, kuten monissa muissakin länsimaissa, väestön D-vitamiinitilanne on riittämätön – talvisin osalla jopa puutteellinen. Tässä väitöskirjassa on tutkittu, lisääkö D-vitamiini luumassan kertymistä kasvuiässä, ja ylläpitäkö D-vitamiini luuston tasapainoista aineenvaihduntaa aikuisiällä. Nämä vaikutukset saattavat ehkäisi osteoporoosin kehittymistä eri ikäkausina.

Väitöskirjatyössä tutkittiin erisuuruisten D-vitamiinilisäysten vaikutuksia kolmessa eri ikäryhmässä, jotka olivat 11-12 -vuotiaat tytöt (N=228), 21-49 -vuotiaat miehet (N=54) ja 65-85 -vuotiaat naiset (N=52). Tutkittavat satunnaistettiin ryhmiin, jotka nauttivat joko lumevalmistetta tai 5-20 µg D3-vitamiinia vitamiinilisänä. Tutkimukset olivat kaksoissokkoutettuja. Tutkimuksen aikana tutkittavilta otettiin paastoveri- ja virtsanäytteitä. Lisäksi he täyttivät tutkimuslomakkeen taustatietojen kartoittamiseksi sekä frekvenssikyselylomakkeen kalsiumin ja D-vitamiinin saannin selvittämiseksi. Tyttöjen luunmineraalitiheys (BMD) mitattiin DXA–laitteella ja miesten volumetrinen luuntiheys pQCT-menetelmällä. Näytteistä määritettiin mm. seerumin 25-hydroksi-D-vitamiinin (=S-25-OHD), lisäkilpirauhashormonin (=S-PTH) ja luun aineenvaihduntaa kuvaavien merkkiaineiden pitoisuuksia.

Murrosikäisten tyttöjen poikkileikkaustutkimuksessa S-25-OHD- ja luun muodostusmerkkiaineen pitoisuudet vaihtelivat kuukausien välillä; suurimmat pitoisuudet mitattiin syyskuussa ja pienimmät maaliskuussa, mikä kuvastaa vuodenaikaisvaihtelua. Vastaava vaihtelu havaittiin lannerangan ja reisiluun BMD:ssä. D-vitamiinilisäyksellä oli myönteinen vaikutus tyttöjen luumassan lisääntymiseen. Suurin D-vitamiinilisä (10 µg/vrk) lisäsi luumassaa 17.2% enemmän reisiluussa ja 12.5% enemmän lannerangassa verrattuna lumevalmistetta nauttivien tyttöjen vastaaviin tuloksiin, mutta tulos riippui hoitomyöntyvyydestä. D-vitamiinin vaikutus luustoon välittyi vähentyneen luun hajotuksen kautta. Tutkimustuloksiin perustuen riittävä D-vitamiinin saanti murrosikäisille tytöille on 15 µg/vrk.

D-vitamiinilisän vaikutus 65-85 -vuotiaiden naisten S-25-OHD-pitoisuuteen vakioitui kuudessa viikossa annoksen ollessa 5-20 µg/vrk. Näillä D-vitamiiniannoksilla ei saavutettu tavoiteltavaa S-25-OHD-pitoisuutta, joka on 80 nmol/l. Arvioimme, että 60 nmol/l -pitoisuuden, jota esiintyy kesäisin tämän ikäryhmän suomalaisilla, tämän ikäryhmän naiset saavuttaisivat 24 µg:n päivittäisellä D-vitamiinin saannilla.

Terveillä miehillä havaittiin vuodenaikaisvaihtelu S-25-OHD- ja S-PTH-pitoisuudessa sekä luun hajotusta kuvaavassa merkkiainepitoisuudessa. Toisaalta vaihtelua ei havaittu radiuksen volumetrisessä luuntiheydessä eikä luun muodostusmerkkiaineen pitoisuudessa. Vuodenaikaisvaihtelu estettiin 17 µg:n päivittäisellä D-vitamiinin saannilla, mutta tämän ei havaittu vaikuttavan radiuksen luuntiheyteen kuusi kuukautta kestävän tutkimuksen aikana.

Yhteenvetona todetaan, että D-vitamiinin saanti on edelleenkin riittämätöntä tutkimusten kohderyhmillä. Tämä näkyy S-25-OHD- ja PTH-pitoisuuden sekä luunaineenvaihduntaa kuvaavien merkkiaineiden vuodenaikaisvaihteluna, mikä on haitallista luuston hyvinvoinnille. D-vitamiinin saantia tulisi lisätä, jotta vähintäänkin riittävä D-vitamiinitilanne (S-25-OHD>50 nmol/l) tai mahdollisesti jopa tavoiteltava D-vitaminitilanne (S-25-OHD≥80 nmol/l) saavutettaisiin. Jotta D-vitamiinin saannin lisääminen olisi kaikissa ikäryhmissä mahdollista, on suunniteltava nykyistä enemmän D-vitamiinilla täydennettyjä elintarvikkeita.

Vitamin D is required for normal bone growth and maintenance of the skeleton throughout life. In Finland, like in many other Western countries, the population suffers from inadequate or deficient vitamin D status, especially during winter, which is thought to increase the risk of osteoporosis. New strategies to prevent osteoporosis are actively being sought. The main objective of this thesis was to determine whether vitamin D is feasible in the primary prevention of osteoporosis; does it affect bone mineral accrual during the growth period? A second goal was to ascertain whether seasonal variation in calcitropic hormones affects bone remodelling, and to elucidate the vitamin D intake needed to overcome this variation in different age groups.

The subjects were healthy, free-living representatives of their respected age groups: 11- to 12-year-old girls (N=228), 21- to 49-year-old men (N=54) and 65- to 85-year-old women (N=52). Subjects participated in an intervention trial in which they were randomly assigned to a group receiving 0, 5, 10 or 20 µg of vitamin D as a supplement. All studies were performed double-blinded. Fasting blood and urine samples were collected together with data about, for instance, dietary intake of calcium and vitamin D and physical activity. In two studies bone mineral density (BMD) of subjects was measured at enrolment and at the end of the study. Laboratory analysis consisted of measurements of serum 25-hydroxyvitamin D (S-25-OHD), parathyroid hormone (S-PTH) and bone remodelling markers.

Differences among months were observed in calcitropic hormones, bone formation marker, and BMD of the femur and vertebra in a cross-sectional study of early and mid pubertal girls, thus predicting seasonal variation. Vitamin D supplementation increased bone mineral accrual dose-dependently both in the femur and the vertebra of adolescent girls. Bone mineral accrual was 17.2% higher in the femur and 12.5% higher in the vertebra with 10 µg of vitamin D than with placebo, but the effect depended on compliance. The effect of vitamin D on bone was mediated through decreased resorption. Based on the results, a total intake of 15 µg/d appears to be sufficient for adolescent girls.

The effect of vitamin D supplementation (5-20 µg/d) on S-25-OHD concentration of elderly women reached a plateau within six weeks. A concentration of 80 nmol/l, which is considered optimal, was not achieved with these dosages. We estimated that a concentration of 60 nmol/l, which is typically seen during summer in Finland, requires a total intake of 24 µg/d of vitamin D in elderly women.

Seasonal variation in calcitropic hormones and bone resorption marker, but not in volumetric BMD of the radius or bone formation marker, was noted in healthy men in a prospective study. Vitamin D supplementation increased S-25-OHD, inhibited winter elevation of PTH and decreased bone formation marker, but did not affect BMD during this 6 month study. Adequate intake to avoid the season-related changes was calculated to be 17 µg/d.

In summary, vitamin D intake remains inadequate among the target groups of this thesis, as reflected by seasonal variation in calcitropic hormones and bone metabolism. Dietary intake of vitamin D should be increased to achieve at least an adequate vitamin D status (S-25-OHD>50 nmol/l) and possibly an optimal vitamin D status (S-25-OHD>80 nmol/l) throughout the year. This could be accomplished by introducing new vitamin D-fortified foods to the market.