Vitamin D and extraskeletal effects in children : Studies on infections, allergies and inflammation

Abstract

Vitamin D is essential for normal childhood growth and bone development. For almost 90 years, vitamin D supplementation has been recommended for children in Finland. Besides its essential effects on bone and mineral metabolism, vitamin D has several extraskeletal actions and is an important modulator of the immune system. Vitamin D status is defined by serum 25-hydroxyvitamin D concentration (25(OH)D), and a 25(OH)D concentration ≥ 50 nmol/L is usually regarded as an indicator of vitamin D sufficiency. However, this may only apply to skeletal health; the optimal vitamin D status for immune defense and overall health remains unestablished.

The main aim of this thesis was to study the extraskeletal effects of vitamin D focusing on infections, allergies and inflammation. The effect of high-dose vitamin D supplementation, as compared with the standard recommended dose, in prevention of childhood infections and allergic diseases was evaluated. The study enabled examination of vitamin D status of Finnish children at various ages and determination of factors influencing vitamin D status.

The Vitamin D Intervention in Infants study (VIDI) comprised 975 healthy term infants randomized to daily vitamin D3 supplementation of either 10 µg or 30 µg for the first two years of life. Data on infectious diseases were collected prospectively from the parents. Occurrence of allergic diseases was determined by questionnaires and specific IgE antibodies towards common allergens were measured. Serum 25(OH)D was analyzed during pregnancy, at birth from cord blood, and at ages 1 and 2 years. Inflammatory markers were measured from cord blood. In addition, vitamin D status and related dietary and health factors at 10 years of age were assessed from another study sample of 171 fourth graders.

The children in both study populations were mostly vitamin D sufficient, as defined by serum 25(OH)D concentration ≥ 50 nmol/L. Over 95% of the children participating in the vitamin D intervention study were vitamin D sufficient throughout the study, from birth up to age 2 years. Of the 10-year-old children, almost 84% were vitamin D sufficient.

In the vitamin D intervention study, the incidence of parent-reported infections did not differ between the intervention groups at age 2 years. Allergic sensitization and clinical allergies were not prevented by high-dose vitamin D supplementation during the first year of life. In contrast, higher cord blood 25(OH)D predicted higher concentration of inflammatory markers at birth, and associated with increased risk of allergic sensitization at age 1.

In conclusion, in contrast to previous research, most of the participating Finnish children had adequate vitamin D status. We found no additional benefit of high-dose vitamin D supplementation compared with the standard dose in the prevention of infections or allergic diseases. Daily 10 µg vitamin D supplementation was adequate in maintaining vitamin D sufficiency in children from birth to age 2 years.

Lapset tarvitsevat D-vitamiinia normaalin kasvun ja luuston kehityksen turvaamiseksi. Suomalaislapsille onkin suositeltu päivittäistä D-vitamiinilisää jo lähes 90 vuoden ajan. D-vitamiinilla on lisäksi useita luuston ulkopuolisia vaikutuskohteita ja se vaikuttaa esimerkiksi elimistön puolustusjärjestelmän toimintaan. Terveyden ja puolustuskyvyn kannalta ihanteellisinta D-vitamiinitasoa ei kuitenkaan tarkkaan tiedetä.

Tämän väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää D-vitamiinin luuston ulkopuolisia vaikutuksia, keskittyen erityisesti pienten lasten infektioihin, allergioihin ja tulehdustilaan. Tutkimuksessa selvitettiin, miten nykysuosituksia korkeampi D-vitamiiniannos vaikuttaa infektiosairastavuuteen ja allergioiden kehittymiseen varhaislapsuudessa. Tutkimuksessa tarkasteltiin myös suomalaislasten D-vitamiinitasoa eri ikäkausina sekä tutkittiin siihen vaikuttavia tekijöitä.

D-vitamiini-interventiotutkimukseen osallistui 975 tervettä lasta, jotka satunnaistettiin sokkoutetusti saamaan D-vitamiinilisää joko 10 tai 30 mikrogramman vuorokausiannoksella kahden ensimmäisen elinvuoden ajan. Vanhemmat kirjasivat lapsen sairastamat infektiot ja vastasivat allergiakyselyyn. Lasten allergista herkistymistä tutkittiin mittaamalla seerumin IgE-vasta-aineita tavanomaisille allergeeneille. Elimistön D-vitamiinitilannetta kuvaava seerumin 25-hydroksi-D-vitamiinipitoisuus (25(OH)D) mitattiin raskausaikana, napaverestä syntymähetkellä ja lapsista yhden ja kahden vuoden iässä. Napaverestä tutkittiin myös tulehdustekijöiden pitoisuuksia. Lisäksi toisessa tutkimuksessa 171:ltä kymmenvuotiaalta koululaiselta mitattiin 25(OH)D-pitoisuus ja kartoitettiin terveyteen ja ravitsemukseen liittyviä tekijöitä.

Valtaosalla tutkituista lapsista elimistön D-vitamiinitaso oli riittävä (25(OH)D ≥ 50 nmol/l). Interventiotutkimukseen osallistuneista lapsista yli 95 %:lla D-vitamiinitaso oli riittävä syntymästä kaksivuotiaaksi asti. Myös 84 %:lla koululaisista D-vitamiinitaso oli riittävä. D-vitamiini-interventiotutkimuksessa suurempi D-vitamiiniannos ei vähentänyt lasten sairastamien infektioiden lukumäärää kahden ikävuoden aikana. Yhden vuoden iässä allergioissa ei ollut eroa ryhmien välillä. Sen sijaan havaitsimme yhteyden korkean napaveren 25(OH)D-pitoisuuden ja tulehdustekijöiden välillä. Korkea napaveren 25(OH)D-pitoisuus lisäsi myös allergisen herkistymisen riskiä yhden vuoden iässä.

Tutkimustulokset osoittavat, että suomalaislasten D-vitamiinitaso oli aiempiin tutkimuksiin verrattuna kohentunut. Nykysuositusten mukaiseen annokseen verrattuna suurempi D-vitamiiniannos ei kuitenkaan suojannut infektioilta tai allergioilta varhaislapsuudessa. Alle kaksivuotiailla lapsilla 10 mikrogramman päivittäinen D-vitamiinilisä oli riittävä hyvän D-vitamiinitason ylläpitämiseksi.