Od dawna wiadomo, że kluczową rolę w rozwoju układu kostnego i zapobieganiu zanikowi tkanki kostnej, odgrywa odpowiednie zaopatrzenie organizmu w wapń i witaminę D. Ich niedobór powoduje w wieku dziecięcym krzywicę, w okresie intensywnego wzrastania jest przyczyną osiągnięcia niskiej szczytowej masy kostnej, a następnie prowadzi do zanikania tkanki kostnej i osteoporozy.

Wapń wchodzi w skład macierzy kostnej, którą wzmacnia i w której jednocześnie jest przechowywany jak w swego rodzaju magazynie. W razie potrzeby organizm pobiera wapń z tego magazynu, a proces ten jest uruchamiany poprzez zwiększoną syntezę i wydzielanie parathormonu z przytarczyc.

Witamina D w swej aktywnej postaci (1,25-OH cholecalcyferol) jest hormonem kalcytropowym, mającym wpływ na wchłanianie wapnia, utrzymanie homeostazy wapniowo-fosforowej organizmu i mineralizowanie macierzy kostnej.

W ten oto sposób można najprościej określić znaczenie wapnia i witaminy D dla kości.

Układ kostny jest integralną częścią narządu ruchu. Pełni w organizmie funkcję podporową oraz – dla niektórych narządów – ochronną, a także stanowi magazyn pierwiastków potrzebnych do prawidłowego funkcjonowania różnych komórek (np. mięśniowych czy nerwowych).

Tkanka kostna żyje i zmienia się przez całe życie człowieka. W dzieciństwie i okresie dojrzewania kości rosną i rozbudowują się. W życiu dorosłym w kości muszą dokonywać się naprawy licznych mikrouszkodzeń związanych z urazami i „zmęczeniem materiału”. Bez tych napraw nie byłoby możliwe zachowanie odporności mechanicznej tkanki kostnej.

Procesy przebudowy toczą się równocześnie w wielu miejscach układu kostnego w tzw. jednostkach przebudowy kości. Komórki kościogubne (osteoklasty) uprzątają wpierw starą, niepełnowartościową tkankę, następnie osteoblasty (komórki kościotwórcze) wypełniają powstałe jamki nową kością (osteoidem), która musi ulec wysyceniu solami wapnia, żeby uzyskać odpowiednią twardość.

Tak więc kość jest zbudowana z minerałów – kryształów hydroksyapatytu – stanowiących około 65% jej składu, macierzy organicznej (około 35%) składającej się z kolagenu, innych białek i lipidów, komórek: osteoblastów, komórek wyściółki, osteocytów i osteoklastów oraz wody. Najważniejszym składnikiem mineralnym tkanki kostnej jest fosforan wapnia, który tworzy kryształy hydroksyapatytu. Od prawidłowego wysycenia organicznej macierzy solami wapnia zależy w znacznej mierze odporność mechaniczna kości. W organizmie dorosłego człowieka znajduje się 900-1350 gramów wapnia, z czego aż 99% zdeponowane jest w kościach.

Wapń jest dostarczany organizmowi w diecie. Dzienne zapotrzebowanie na ten pierwiastek zmienia się w zależności od okresu życia. Przeciętnie można je oszacować na 1000 mg, ale np. w okresie szybkiego wzrastania czy w czasie laktacji wynosi 1500-2000 mg.

Zwiększona podaż wapnia konieczna jest też u kobiet po menopauzie (około 1500 mg). Od prawidłowego dowozu wapnia zależy w dużym stopniu tempo zaniku kostnego, uwarunkowane w tym okresie spadkiem poziomu estrogenów w organizmie kobiety. Niedobór wapnia w diecie stanowi dodatkowy czynnik aktywujący niszczenie tkanki kostnej dla pozyskania tego pierwiastka na potrzeby innych narządów.

Przeciętna dieta w Polsce daleka jest od prawidłowej zawartości wapnia. Szacuje się, że dzienne spożycie wapnia w naszym kraju wynosi 400-800 mg.

Najbogatszym w wapń produktem spożywczym jest mleko i jego przetwory: kefir, jogurt. Dostarczenie organizmowi 1000 mg wapnia oznacza wypicie 4 szklanek mleka. Wiele osób nie lubi mleka, wśród ludzi dorosłych zdarza się nierzadko nietolerancja mleka spowodowana zmniejszoną produkcją laktazy w trzustce. Ludzie, którzy nie lubią lub nie mogą pić mleka powinni zażywać preparaty wapniowe (lub wapniowo-witaminowe), o ile nie mają jakichś przeciwwskazań, np. kamicy nerkowej szczawianowo-wapniowej.

Witamina D występuje w organizmie w dwóch podobnie działających formach: D₂ (ergokalcyferol), dostarczanej z pokarmem i D₃ (cholekalcyferol) powstającej w skórze pod wpływem promieni słonecznych.

Witamina D ma bardzo duże znaczenie dla stanu kości. Zwiększa ona wchłanianie wapnia z przewodu pokarmowego. Są dane na to, że także bezpośrednio wpływa na tkankę kostną pobudzając powstawanie komórek kościotwórczych (osteoblastów). Zmiany w kościach znajdowane u osób z niedoborem witaminy D obejmują: nasilenie resorpcji tkanki kostnej, zmniejszenie tworzenia nowej kości, zmniejszenie produkcji macierzy kostnej, obniżenie mineralizacji i zmniejszenie odporności mechanicznej tkanki kostnej.

Niedobory witaminy D nie są rzadkie. Poza niedostateczną zawartością w przeciętnej diecie (jej najbogatsze źródło to mięso ryb, żółtka jaj, masło, wątroba zwierzęca) wiele osób mało korzysta z przebywania na dworze w słoneczne dni lub używa kremów z filtrami, które ograniczają syntezę witaminy D w skórze. Witamina D staje się aktywna po przyłączeniu grupy hydroksylowej w wątrobie (w pozycji 25) i nerkach (w pozycji 1). Dopiero 1,25 dwuhydroksy-cholekalcyferol jest czynną substancją (zaliczaną do hormonów), która wywiera swoje biologiczne działanie. Choroby wątroby i nerek mogą być przyczyną niedoboru aktywnego metabolitu witaminy D i wszystkich tego konsekwencji z osteoporozą włącznie. Także przyjmowanie niektórych leków, np. przeciwpadaczkowych, zaburza hydroksylację witaminy D w wątrobie.