Vitamin D recommendations for Canadian elderly: an evaluation of adequacy of current clinical practices for nutrition and skeletal health

Vitamin D is a key nutrient in bone health. Seniors living in long-term care (LTC) facilities in Canada face a higher risk of deficiency as menus are often deficient in vitamin D and sunlight exposure is limited. Vitamin D status can be measured by serum 25-hydroxyvitamin D concentration (25(OH)D). Many seniors in Canada have low vitamin D status. The global objectives of this thesis were to: (1) assess vitamin D intake and association with biomarkers of bone health in older men in a LTC facility of the Montréal region (latitude: 46°N); (2) assess the impact of an 8-wk supplementation regimen of 2000 IU/d of vitamin D3 on 25(OH)D and markers of bone metabolism; (3) determine how much vitamin D3 is needed to sustain vitamin D status using vitamin D3 fortified foods. Study 1 tested the first objective. Food intake and sunlight exposure of 30 men were measured for 1 year. Food intake was measured with 3-d weighed food records. Biomarkers of bone metabolism (serum 25(OH)D, parathyroid hormone (PTH), calcium, phosphate, osteocalcin (OC) and C-terminal telopeptide of collagen type 1 (CTX)) were tested. Descriptive statistics and change over time were analyzed. A mean of 280±120 IU/d of vitamin D was consumed. In the winter months, over 30% of participants were below the 50 nmol/L of serum 25(OH)D concentrations suggested by the Institute of Medicine. Serum 25(OH)D rose by summer and declined in the fall. PTH was lower in the spring. CTX and OC were unchanged. Study 2 tested the second and third objectives with a 2 phase trial. First, a Loading Phase used 2000 IU/d vitamin D3 tablet supplementation (October to December; 8 weeks; RCT –8). A randomized controlled trial (RCT) followed (January to July; 24 weeks; RCT0–RCT24). Participants were randomized to 3 groups: Placebo group, 500 IU/d group or 1000 IU/d of vitamin D3. Vitamin D3 was given as bite size fortified foods. The Placebo group received identical unfortified foods. Biomarkers of bone metabolism (serum 25(OH)D, PTH, calcium, phosphate, OC, CTX, osteoprotegerin and RANKL) were measured at RCT –8, RCT0 and RCT24. At RCT0 and RCT24, peripheral dual-energy X-ray absorptiometry, peripheral quantitative computed tomography (pQCT) and handgrip strength were measured on the non-dominant forearm. Differences were tested using mixed model ANOVA for fixed effects of time and group and interactions of time by group.At RCT –8, mean vitamin D intakes and mean 25(OH)D concentrations were 494±380 IU/d and 56.9±13.3 nmol/L for the Placebo group, 769±526 IU/d and 54.6±15.0 nmol/L for the 500 IU/d group and 562±383 IU/d and 56.9±9.7 nmol/L for the 1000 IU/d group. The 2000 IU/d of vitamin D3 raised serum 25(OH)D to a mean value of 65 nmol/L in all groups. During the RCT, the 500 IU/d and 1000 IU/d groups maintained serum 25(OH)D above 65 nmol/L. In 8 weeks, the 25(OH)D concentration values of the Placebo group reverted back to the values of RCT –8. Biomarkers of bone metabolism were stable. The pQCT values declined over time in trabecular volumetric bone mineral density (vBMD) for the 500 IU/d group and in vBMD at the diaphysis for the 1000 IU/d group. Total bone area in the diaphysis improved and areal bone mineral density improved in the 1000 IU/d group. For all groups, muscle area declined over time and muscle density did not change. Handgrip strength was stable in the 1000 IU/d group. In conclusion, these studies suggest that vitamin D supplementation is needed to achieve and maintain healthy vitamin D status. The group getting 1000 IU/d of vitamin D3 improved cross-sectional bone area at 66% of the forearm diaphysis suggesting remodeling with incomplete mineralization. As handgrip strength was improved in the 1000 IU/d group, vitamin D3 could positively influence muscle strength and, possibly reduce the risk of falls and fractures. More research is needed to understand the relationships among vitamin D and musculoskeletal health in older men living in LTC.La vitamine D est vitale à la santé des os. La population âgée vivant en centres de soins de longue durée (CHSLD) au Canada a un risque élevé de carence car les menus manquent de vitamine D et l'exposition au soleil est limitée. Le taux sérique de 25-hydroxyvitamine D (25(OH)D) mesure la vitamine D. Plusieurs personnes âgées ont de faibles taux de 25(OH)D.Les objectifs de cette thèse étaient: (1) évaluer les apports en vitamine D et liens avec différents biomarqueurs osseux chez des hommes âgés en CHSLD (région de Montréal; 46°N); (2) évaluer l'impact d'un ajout de 2000 UI/j de vitamine D3 pour 8 semaines sur 25(OH)D et marqueurs du métabolisme osseux; (3) quantifier la dose de vitamine D3 requise pour maintenir le taux sérique de 25(OH)D, via des aliments fortifiés en vitamine D3.L'étude 1 a testé le premier objectif. Durant 1 an, l'alimentation et l'exposition au soleil ont été suivies chez 30 hommes âgés. Les taux de 25(OH)D, hormone parathyroïdienne (PTH), calcium, phosphate, ostéocalcine (OC) et télopeptides c-terminal du collagène de type 1 (CTX) sériques ont été mesurés. Les données descriptives et les changements ont été analysés. Les participants prenaient en moyenne 280±120 UI/j de vitamine D. En hiver, plus de 30% des participants avaient un taux sérique de moins de 50 nmol/L, valeur suggérée par l'Institute of Medicine. En été, les taux sériques de 25(OH)D ont augmenté et rebaissé à l'automne. PTH fut plus basse au printemps; CTX et OC inchangés. L'étude 2 a testé les deuxième et troisième objectifs. 1) Étude pré/post : comprimés de 2000 UI/j de vitamine D3 donnés à 60 participants (Période de charge; octobre-décembre; 8 semaines; ERC -8); 2) Essai contrôlé randomisé (janvier-juillet; 24 semaines; ERC0-ERC24) de 3 groupes : Placebo, 500 UI/j ou 1000 UI/j de vitamine D3 via des aliments fortifiés. Le groupe Placebo recevait les mêmes aliments non fortifiés. Les taux sériques de 25(OH)D, PTH, calcium, phosphate, OC, CTX, ostéoprotégérine (OPG) et ligand RANKL furent testés. À ECR0 et ECR24, l'absorptiométrie périphérique à rayons X biénergique (pDXA), tomographie périphérique assistée par ordinateur (pQCT) et force de préhension ont été mesurées sur le bras non-dominant. Les différences ont été testées par un modèle mixte ANOVA répétées à effets fixes du temps, des groupes et de leurs interactions.À ERC –8, la vitamine D et le taux sérique de 25(OH)D étaient de 494±380 UI/j et 56.9±13.3 nmol/L pour le groupe Placebo, 769±526 UI/j et 54.6±15.0 nmol/L pour le groupe 500 UI/j et de 562±383 UI/j et 56.9±9.7 nmol/L pour le groupe 1000 UI/j. Les comprimés de 2000 UI/j de vitamine D3 ont élevé le taux moyen de 25(OH)D à 65 nmol/L. Durant l'ERC, les groupes 500 UI/j et 1000 UI/j avaient des taux de 25(OH)D au-dessus de 65 nmol/L. A la 8e semaine de l'ERC, les taux de 25(OH)D Placebo ont baissés au niveau des taux mesurés à ERC –8. Les biomarqueurs osseux furent stables. La densité minérale osseuse volumétrique trabéculaire du groupe 500 UI/j et la densité minérale osseuse volumétrique de la diaphyse du groupe 1000 UI/j ont baissé. L'aire totale de l'os de la diaphyse et la densité minérale osseuse mesurée par pDXA ont haussé pour le groupe 1000 UI/j. L'aire du muscle a diminué et la densité musculaire a été maintenue pour tous. La force de préhension fut stable pour le groupe 1000 UI/j. En conclusion, ces études suggèrent qu'un supplément de vitamine D est requis pour atteindre et maintenir un taux de vitamine D adéquat. L'aire osseuse à 66% de la diaphyse du bras du groupe 1000 UI/j de vitamine D3 a augmenté suggérant un début de remodelage osseux et une minéralisation incomplète. La force de préhension fut stable dans le groupe 1000 UI/j suggérant que la vitamine D3 influencerait positivement la force musculaire et, pourrait baisser le risque de chutes et de fractures. D'autres études sont requises pour mieux cerner les liens entre la vitamine D et la santé musculo-squelettique chez les hommes âgés vivant en CHSLD