This article summarizes the new 2011 report on dietary requirements for calcium and vitamin D from the Institute of Medicine (IOM). An IOM Committee charged with determining the population needs for these nutrients in North America conducted a comprehensive review of the evidence for both skeletal and extraskeletal outcomes. The Committee concluded that available scientific evidence supports a key role of calcium and vitamin D in skeletal health, consistent with a cause-and-effect relationship and providing a sound basis for determination of intake requirements. For extraskeletal outcomes, including cancer, cardiovascular disease, diabetes, and autoimmune disorders, the evidence was inconsistent, inconclusive as to causality, and insufficient to inform nutritional requirements. Randomized clinical trial evidence for extraskeletal outcomes was limited and generally uninformative. Based on bone health, Recommended Dietary Allowances (RDAs; covering requirements of ≥97.5% of the population) for calcium range from 700 to 1300 mg/d for life-stage groups at least 1 yr of age. For vitamin D, RDAs of 600 IU/d for ages 1-70 yr and 800 IU/d for ages 71 yr and older, corresponding to a serum 25-hydroxyvitamin D level of at least 20 ng/ml (50 nmol/liter), meet the requirements of at least 97.5% of the population. RDAs for vitamin D were derived based on conditions of minimal sun exposure due to wide variability in vitamin D synthesis from ultraviolet light and the risks of skin cancer. Higher values were not consistently associated with greater benefit, and for some outcomes U-shaped associations were observed, with risks at both low and high levels. The Committee concluded that the prevalence of vitamin D inadequacy in North America has been overestimated. Urgent research and clinical priorities were identified, including reassessment of laboratory ranges for 25-hydroxyvitamin D, to avoid problems of both undertreatment and overtreatment.

Obesity is associated with alterations in the vitamin D endocrine system. Lower levels of serum 25-hydroxyvitamin D (25-OHD) in morbidly obese individuals may be secondary to an alteration in tissue distribution resulting from an increase in adipose mass. Therefore, morbidly obese individuals are expected to need higher doses of vitamin D supplementation than the general population. However, it is still unknown whether adiposity (or percentage body fat) should be taken into consideration while assessing vitamin D requirements in the general population. To study the relationship between 25-OHD levels and percentage body fat content in healthy women, we studied 410 healthy women between 20 and 80 yr of age with body mass index ranging from 17 to 30 kg/m2. We analyzed the correlation between serum 25-OHD level and percentage body fat measured by dual energy x-ray absorptiometry. We also analyzed the influence of season, dietary vitamin D intake, age, and race on this relationship. The levels of serum 25-OHD inversely correlated with percentage body fat. The correlation was −0.13 (P = 0.013) after adjusting for race, age, season, and dietary vitamin D intake. In a multiple stepwise regression, race and season were found to have a major influence on serum 25-OHD (cumulative R2 = 0.34), and percentage body fat, although modest (additional R2 = 0.02), also had an independent statistically significant influence on serum 25-OHD levels. We conclude, percentage body fat content is inversely related to the serum 25-OHD levels in healthy women.

In early 2011, a committee convened by the Institute of Medicine issued a report on the Dietary Reference Intakes for calcium and vitamin D. The Endocrine Society Task Force in July 2011 published a guideline for the evaluation, treatment, and prevention of vitamin D deficiency. Although these reports are intended for different purposes, the disagreements concerning the nature of the available data and the resulting conclusions have caused confusion for clinicians, researchers, and the public. In this commentary, members of the Institute of Medicine committee respond to aspects of The Endocrine Society guideline that are not well supported and in need of reconsideration. These concerns focus on target serum 25-hydroxyvitamin D levels, the definition of vitamin D deficiency, and the question of who constitutes a population at risk vs. the general population.

Vitamin D is an essential nutrient for bone health and may influence the risks of respiratory illness, adverse pregnancy outcomes, and chronic diseases of adulthood. Because many countries have a relatively low supply of foods rich in vitamin D and inadequate exposure to natural ultraviolet B (UVB) radiation from sunlight, an important proportion of the global population is at risk of vitamin D deficiency. There is general agreement that the minimum serum/plasma 25-hydroxyvitamin D concentration (25(OH)D) that protects against vitamin D deficiency-related bone disease is approximately 30 nmol/L; therefore, this threshold is suitable to define vitamin D deficiency in population surveys. However, efforts to assess the vitamin D status of populations in low- and middle-income countries have been hampered by limited availability of population-representative 25(OH)D data, particularly among population subgroups most vulnerable to the skeletal and potential extraskeletal consequences of low vitamin D status, namely exclusively breastfed infants, children, adolescents, pregnant and lactating women, and the elderly. In the absence of 25(OH)D data, identification of communities that would benefit from public health interventions to improve vitamin D status may require proxy indicators of the population risk of vitamin D deficiency, such as the prevalence of rickets or metrics of usual UVB exposure. If a high prevalence of vitamin D deficiency is identified (>20% prevalence of 25(OH)D < 30 nmol/L) or the risk for vitamin D deficiency is determined to be high based on proxy indicators (e.g., prevalence of rickets >1%), food fortification and/or targeted vitamin D supplementation policies can be implemented to reduce the burden of vitamin D deficiency-related conditions in vulnerable populations.

To ascertain whether exercise could prevent involutional bone loss, we studied 18 postmenopausal women, half of whom exercised for 1 h three times a week. Total and regional bone mass were measured before and after 1 year of exercise by the techniques of total-body neutron activation analysis (total body calcium) and photon absorptiometry (bone mineral content) of the distal radius. Total body potassium was measured by whole body counting. Bone mineral content and total body potassium did not change significantly in either group. Total body calcium increased in the exercise group from 781 ± 95 g to 801 ± 118 g (SD). In contrast, total body calcium decreased in each subject in the sedentary group. The daily calcium balance derived from the difference in total body calcium measurements was significantly different in the two groups of women (P < 0.001). These data support the hypothesis that exercise can modify involutional bone loss.

The Institute of Medicine Committee to Review Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D comprehensively reviewed the evidence for both skeletal and nonskeletal health outcomes and concluded that a causal role of calcium and vitamin D in skeletal health provided the necessary basis for the 2011 Estimated Average Requirement (EAR) and Recommended Dietary Allowance (RDA) for ages older than 1 year. For nonskeletal outcomes, including cancer, cardiovascular disease, diabetes, infections, and autoimmune disorders, randomized clinical trials were sparse, and evidence was inconsistent, inconclusive as to causality, and insufficient for Dietary Reference Intake (DRI) development. The EAR and RDA for calcium range from 500 to 1,100 and 700 to 1,300 mg daily, respectively, for ages 1 year and older. For vitamin D (assuming minimal sun exposure), the EAR is 400 IU/day for ages older than 1 year and the RDA is 600 IU/day for ages 1 to 70 years and 800 IU/day for 71 years and older, corresponding to serum 25-hydroxyvitamin D (25OHD) levels of 16 ng/mL (40 nmol/L) for EARs and 20 ng/mL (50 nmol/L) or more for RDAs. Prevalence of vitamin D inadequacy in North America has been overestimated based on serum 25OHD levels corresponding to the EAR and RDA. Higher serum 25OHD levels were not consistently associated with greater benefit, and for some outcomes U-shaped associations with risks at both low and high levels were observed. The Tolerable Upper Intake Level for calcium ranges from 1,000 to 3,000 mg daily, based on calcium excretion or kidney stone formation, and from 1,000 to 4,000 IU daily for vitamin D, based on hypercalcemia adjusted for uncertainty resulting from emerging risk relationships. Urgently needed are evidence-based guidelines to interpret serum 25OHD levels relative to vitamin D status and intervention.

Indirect evidence suggests that optimal vitamin D status is achieved with a serum 25-hydroxyvitamin D [25(OH)D] concentration >75 nmol/L. We aimed to determine the intake of vitamin D3 needed to raise serum 25(OH)D to >75 nmol/L. The design was a 6-mo, prospective, randomized, double-blinded, double-dummy, placebo-controlled study of vitamin D3 supplementation. Serum 25(OH)D was measured by radioimmunoassay. Vitamin D3 intake was adjusted every 2 mo by use of an algorithm based on serum 25(OH)D concentration. A total of 138 subjects entered the study. After 2 dose adjustments, almost all active subjects attained concentrations of 25(OH)D >75 nmol/L, and no subjects exceeded 220 nmol/L. The mean (±SD) slope at 9 wk [defined as 25(OH)D change/baseline dose] was 0.66 ± 0.35 (nmol/L)/(μg/d) and did not differ statistically between blacks and whites. The mean daily dose was 86 μg (3440 IU). The use of computer simulations to obtain the most participants within the range of 75–220 nmol/L predicted an optimal daily dose of 115 μg/d (4600 IU). No hypercalcemia or hypercalciuria was observed. Determination of the intake required to attain serum 25(OH)D concentrations >75 nmol/L must consider the wide variability in the dose-response curve and basal 25(OH)D concentrations. Projection of the dose-response curves observed in this convenience sample onto the population of the third National Health and Nutrition Examination Survey suggests a dose of 95 μg/d (3800 IU) for those above a 25(OH)D threshold of 55 nmol/L and a dose of 125 μg/d (5000 IU) for those below that threshold.

Fifty-eight women with postmenopausal osteoporosis (crush fracture of the spine) were compared with 58 age-matched normal women. The osteoporosic women had lower total-body calcium levels and bone mineral content of the radius, had undergone an earlier menopause, smoked cigarettes more, and had breast-fed less often. They also had lower levels of estrone, estradiol, and testosterone and reduced levels of 25-hydroxyvitamin D, 24,25-dihydroxyvitamin D, and 1,25-dihydroxyvitamin D. These findings suggest the presence of changeable risk factors for the development of osteoporosis. Smoking should be discouraged. An adequate intake of calcium and vitamin D should be ensured. It is the opinion of the authors that those women who have had an early menopause or who have a low bone mass at the time of menopause should be given the choice of medically supervised replacement therapy with estrogen and progesterone.