Vitamin D wird von den ultravioletten Strahlen der Sonne in der Haut aus einer Vorstufe (Colecaciferol) gebildet oder über die Nahrung aufgenommen. Allerdings enthält die moderne Ernährung kaum Vitamin D. Lediglich in fettreichen Seefischen, in Eigelb oder Austern sowie in der Leber wird Vitamin D nachgewiesen. Die Transformation von der inaktiven Vorstufe zum aktiven Hormon, dem 1alpha,25-Dihydroxyvitamin D3), erfolgt in der Niere und der Leber.
Weil viele ältere Menschen kaum noch in die Sonne gehen oder aufgrund ihrer Immobilität kaum eine Chance für einen ausreichend langen Aufenthalt im Freien haben, stellt sich hierdurch leicht ein Vitamin D-Mangel ein. Vor allem, weil die Fähigkeit der Haut zur Vitamin D-Produktion mit zunehmendem Lebensalter abnimmt. In vielen Regionen verhindert auch die massive Umweltverschmutzung, dass die Intensität der Sonnenstrahlen für die Vitamin D-Bildung ausreicht.
Dieses fettlösliche Vitamin ist für die Kalziumaufnahme und den Aufbau eines gesunden Knochens unentbehrlich. Dazu reguliert es den Kalzium- und Phosphathaushalt und spielt eine wesentliche Rolle für den Aufbau und die Mineralisierung des Knochens. Auch die Aufnahme des Kalziums über den Darm und die Rückresorption in der Niere wird durch eine adäquate Vitamin D-Versorgung reguliert, so dass Patientinnen mit einer Osteoporose mit ausreichender Vitamin D-Konzentration durch die höhere Kalziumabsorption eine bessere Stabilität der Knochen erreichen. Damit kann den Osteoporose-bedingten Knochenbrüchen (Frakturen) effektiv vorgebeugt werden, und die Fachgesellschaften empfehlen bei Osteoporosepatienten durch die Gabe von Kalzium und Vitamin D eine Mangelsituation zu vermeiden. Damit wird eine Frakturprävention geleistet, die den Patienten viel Leid und dem Gesundheitswesen hohe Kosten einspart.
Wenn Vitamin D im Körper nicht ausreichend zur Verfügung steht, entwickelt sich ein Teufelskreis aus suboptimaler Kalziumresorption und gleichzeitig gesteigerter Knochenresorption durch die reaktiv ansteigende Parathormon-Konzentration.
In einigen Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass ein Kalziummangel auch die Muskulatur negativ beeinflusst und die verringerte Muskelkraft mit einer höheren Sturzneigung verbunden ist. Verringert sich aber die Knochenmasse und führt die verringerte Muskelkraft zu Stürzen, sind Knochenbrüche zu erwarten.
Das höchste Risiko für einen Vitamin D-Mangel findet sich bei Frauen nach dem Klimakterium sowie bei Patienten jeglichen Geschlechts, wenn sie aufgrund einer chronisch entzündlichen Erkrankung über längere Zeit Glukokortikoide (Kortisonpräparate) einnehmen müssen. Die Experten gehen davon aus, dass mehr als die Hälfte aller Frauen mit Osteoporose keine ausreichende Versorgung mit Vitamin D erhält, obwohl dies zur Basisbehandlung der Osteoporose gehört.
Wird gleichzeitig zum Vitamin D noch ein wirksames Osteoporosepräparat eingenommen, etwa ein Bisphosphonat, kann das Risiko, eine Fraktur zu erleiden, erheblich reduziert werden.