Relationship between vitamin D and osteoarthritis

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Osteoarthritis (OA) is a common joint disease and one of the leading causes of disability worldwide. The role of vitamin D in the etiology and development of OA is still unclear, but it may be important for both diagnosis and timely therapy.

Aim. To evaluate the relationship of vitamin D levels with clinical and instrumental parameters in OA in a cross-sectional study.

Materials and methods. The study included 171 patients aged 40–75 with confirmed knee OA according to the American College of Rheumatology (ACR) classification, stage I–III (according to Kellgren and Lawrence). All patients signed informed consent. The mean age was 53.5±9.94 years, body mass index (BMI) was 29.8±6.4 kg/m2, and disease duration was 3 [1; 7] years. For each patient, a case record form was filled out, including anthropometric indicators, medical history, clinical examination data, an assessment of knee joint pain according to the Visual Analog Scale (VAS), WOMAC, and the patient's general health condition (PGHC). All patients underwent standard radiography, knee ultrasound examination and magnetic resonance imaging (MRI) (WORMS), densitometry of the lumbar spine and femoral neck, and laboratory tests. Statistical processing of the data was performed using the Statistica 10 software.

Results. Normal vitamin D values (≥30 ng/mL) were found in 62 (36.3%) patients, low levels (<30 ng/mL) in 109 (63.7%) patients, insufficiency (<30 ng/mL and >20 ng/mL) in 66 (38.6%) patients, and deficiency (<20 ng/mL) in 43 (25.1%). Patients were divided into three groups according to the presence or absence of vitamin D insufficiency/deficiency: Group 1 included patients with normal vitamin D levels, Group 2 included patients with insufficiency, and Group 3 included patients with vitamin D deficiency. Patients of the three groups were comparable in age and disease duration but differed significantly in body weight, BMI, and waist measurement (higher in groups with reduced vitamin D values; p<0.05). Also, these patients had significantly higher VAS pain scores, total WOMAC and its components (pain, stiffness, and dysfunction), PGHC, and worse KOOS. More patients in Groups 2 and 3 had OA of the hip and hand joints, clinically detected synovitis, flat feet, and quadriceps muscle hypotrophy. Ultrasound examination significantly more often revealed a reduction of cartilage tissue on both the anteromedial and anterolateral surfaces of the knee joint; MRI showed more often osteitis in the medial condyles of the femur and tibia (p<0.05 for all values).

Conclusion. Our study demonstrated that low blood vitamin D levels (insufficiency/deficiency) were associated with a more severe knee OA. These patients had a large body weight, BMI, higher VAS pain values, WOMAC index (overall and its components), worse KOOS, PGHC, and smaller cartilage sizes in the medial parts of the knee joint (according to ultrasound); such patients were significantly more likely to have osteitis in the medial parts of the femur and tibia according to MRI. Also, stage II and III knee OA and OA of other localizations, clinically detected synovitis, quadriceps hypotrophy, and flat feet were more common.

About the authors

Natalia G. Kashevarova

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Author for correspondence.
Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8732-2720

канд. мед. наук, науч. сотр. лаборатории остеоартрита 

Russian Federation, Moscow

Liudmila I. Alekseeva

Nasonova Research Institute of Rheumatology; Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7017-0898

д-р мед. наук, зав. лаборатории остеоартрита 

Russian Federation, Moscow; Moscow

Elena A. Taskina

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8218-3223

канд. мед. наук, ст. науч. сотр. лаборатории остеоартрита 

Russian Federation, Moscow

Ekaterina A. Strebkova

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8130-5081

канд. мед. наук, ст. науч. сотр. лаборатории остеоартрита 

Russian Federation, Moscow

Evgenia P. Sharapova

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4242-8278

канд. мед. наук, науч. сотр. отд. лаборатории остеоартрита 

Russian Federation, Moscow

Natalya M. Savushkina

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8562-6077

канд. мед. наук, науч. сотр. лаборатории остеоартрита 

Russian Federation, Moscow

Kirill M. Mikhaylov

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0000-1481-7749

врач-ревматолог 

Russian Federation, Moscow

Svetlana I. Glukhova

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-4285-0869

канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. лаб. эволюции ревматоидных артритов 

Russian Federation, Moscow

Olga G. Alekseeva

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-1852-1798

канд. мед. наук, науч. сотр. лаб. инструментальной диагностики 

Russian Federation, Moscow

Danil M. Kudinsky

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1084-3920

канд. мед. наук, врач-рентгенолог отд-ния лучевой диагностики 

Russian Federation, Moscow

Nikolay V. Demin

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0961-9785

мл. науч. сотр. лаб. остеопороза 

Russian Federation, Moscow

Elena Yu. Samarkina

Nasonova Research Institute of Rheumatology

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7501-9185

мл. науч. сотр. лаб. иммунологии и молекулярной биологии ревматических заболеваний 

Russian Federation, Moscow

Aleksander M. Lila

Nasonova Research Institute of Rheumatology; Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: nat-kash@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6068-3080

чл.-кор. РАН, д-р мед. наук, проф., дир. 

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. Geng R, Li J, Yu C, et al. Knee osteoarthritis: Current status and research progress in treatment (Review). Exp Ther Med. 2023;26(4):481. doi: 10.3892/etm.2023.12180
  2. Yao Q, Wu X, Tao C, at al. Osteoarthritis: pathogenic signaling pathways and therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2023;8:56. doi: 10.1038/s41392-023-01330-w
  3. Arthritis Foundation Osteoarthritis Symptoms. Available at: https://www.arthritis.org/about-arthritis/types/osteoarthritis/symptoms.php. Accessed: 02.01.2019.
  4. Constantino de Campos G, Mundi R, Whittington C, at al. Osteoarthritis, mobility-related comorbidities and mortality: an overview of meta-analyses. Ther Adv Musculoskelet Dis. 2020;12:1759720x20981219. doi: 10.1177/1759720X20981219
  5. Mabey T, Honsawek S. Role of Vitamin D in osteoarthritis: molecular, cellular, and clinical perspectives. Int J Endocrinol. 2015:383918. doi: 10.1155/2015/383918
  6. Perry TA, Parkes MJ, Hodgson R, et al. Efect of Vitamin D supplementation on synovial tissue volume and subchondral bone marrow lesion volume in symptomatic knee osteoarthritis. BMC Musculoskelet Disord. 2019;20(1):76. doi: 10.1186/s12891-019-2424-4
  7. Prietl B, Treiber G, Pieber TR, Amrein K. Vitamin D and immune function. Nutrients. 2013;5:2502-21. doi: 10.3390/nu5072502
  8. Aranow C. Vitamin D and the immune system. J Investig Med. 2011;59:881-6. doi: 10.2310/JIM.0b013e31821b8755
  9. Charoenngam N, Holick MF. Immunologic Effects of Vitamin D on Human Health and Disease. Nutrients. 2020;12(7):2097. doi: 10.3390/nu12072097
  10. National Institutes of Health, Office of Dietary Supplements, “Vitamin D – Fact Sheet for Consumers,” 2021. Available at: https://ods.od.nih.gov/factsheets/Vitamind-Consumer/ Accessed: 01.02.2025.
  11. Дедов И.И., Мельниченко Г.А., Мокрышева Н.Г., и др. Проект Федеральных клинических рекомендаций по диагностике, лечению и профилактике дефицита витамина Д. Остеопороз и остеопатии. 2021;24(4):4-26 [Dedov II, Melnichenko GA, Mokrysheva NG, et al. Draft federal clinical practice guidelines for the diagnosis, treatment, and prevention of vitamin D deficiency. Osteoporosis and Bone Diseases. 2021;24(4):4-26 (in Russian)]. doi: 10.14341/osteo12937
  12. Суплотова Л.А., Авдеева В.А., Пигарова Е.А., и др. Дефицит витамина D в России: первые результаты регистрового неинтервенционного исследования частоты дефицита и недостаточности витамина D в различных географических регионах страны. Проблемы эндокринологии. 2021;67(2):84-92 [Avdeeva VA, Suplotova LA, Pigarova EA, et al. Vitamin D deficiency in Russia: the first results of a registered, non-interventional study of the frequency of vitamin D deficiency and insufficiency in various geographic regions of the country. Problems of Endocrinology. 2021;67(2):84-92 (in Russian)]. doi: 10.14341/probl12736
  13. Cashman KD, Dowling KG, Škrabáková Z, et al. Vitamin D deficiency in Europe: pandemic? Am J Clin Nutr. 2016;103(4):1033-44. doi: 10.3945/ajcn.115.120873
  14. McChesney C, Singer A, Duquette D, et al. Do not routinely test for vitamin D. BMJ. 2022;378:e070270. doi: 10.1136/bmj-2022-070270
  15. Demay MB, Pittas AG, Bikle DD, et al. Vitamin D for the Prevention of Disease: An Endocrine Society Clinical Practice Guideline. J Clin Endocrinol Metab. 2024;109(8):1907-47. doi: 10.1210/clinem/dgae290
  16. Heidari B, Shokri Shirvani J, Firouzjahi A, et al. Association between nonspecific skeletal pain and vitamin D deficiency. Int J Rheumatol. 2010;13:340-6. doi: 10.1111/j.1756-185X.2010.01561.x
  17. Pérez-López FR. Vitamin D and its implications for musculoskeletal health in women: an update. Maturitas. 2007;58:117-37. doi: 10.1016/j.maturitas.2007.05.002
  18. Chaganti RK, Parimi N, Cawthon P, et al. Association of 25-hydroxyvitamin D with prevalent osteoarthritis of the hip in elderly men: the osteoporotic fractures in men study. Arthritis Rheum. 2010;62:511-4. doi: 10.1002/art.27241
  19. Goula T, Kouskoukis A, Drosos G, et al. Vitamin D status in patients with knee or hip osteoarthritis in a Mediterranean country. J Orthop Traumatol. 2015;16:35-9. doi: 10.1007/s10195-014-0322-y
  20. Bischoff-Ferrari HA, Zhang Y, Kiel DP, Felson DT. Positive association between serum 25-hydroxyvitamin D level and bone density in osteoarthritis. Arthritis Rheum. 2005;53:821-6. doi: 10.1002/art.21601
  21. Mäkinen TJ, Alm JJ, Laine H, et al. The incidence of osteopenia and osteoporosis in women with hip osteoarthritis scheduled for cementless total joint replacement. Bone. 2007;40:1041-7. doi: 10.1016/j.bone.2006.11.013
  22. Bergink AP, Uitterlinden AG, Leeuwen JP, et al. Vitamin D status, bone mineral density, and the development of radiographic osteoarthritis of the knee: the Rotterdam Study. J Clin Rheumatol. 2009;15:230-7. doi: 10.1097/RHU.0b013e3181b08f20
  23. Ding C, Cicuttini F, Parameswaran V, et al. Serum levels of vitamin D, sunlight exposure, and knee cartilage loss in older adults: the Tasmanian older adult cohort study. Arthritis Rheum. 2009;60:1381-9. doi: 10.1002/art.24486
  24. Anari H, Enteshari-Moghaddam A, Abdolzadeh Y. Association between serum Vitamin D deficiency and Knee Osteoarthritis Mediterr J Rheumatol. 2019;30(4):216-9. doi: 10.31138/mjr.30.4.216
  25. Felson DT, Niu J, Clancy M, et al. Low serum levels of vitamin D and worsening of knee osteoarthritis: results of two longitudinal studies. Arthritis Rheum. 2007;56:129-36. doi: 10.1002/art.22292
  26. Sanghi D, Mishra A, Sharma AC. Does vitamin D improve osteoarthritis of the knee: a randomized controlled pilot trial. Clin Orthop Relat Res. 2013;471:3556-62. doi: 10.1007/s11999-013-3201-6
  27. Gao XR, Chen YS, Deng W. The effect of vitamin D supplementation on knee osteoarthritis: A meta-analysis of randomized controlled trials. Int J Surg. 2017;46:14-20. doi: 10.1016/j.ijsu.2017.08.010
  28. Beaudart C, Lengele L, Leclercq V, et al. Symptomatic efficacy of pharmacological treatments for knee osteoarthritis: a systematic review and a network meta-analysis with a 6-month time horizon. Drugs. 2020;80:1947-59. doi: 10.1007/s40265-020-01423-8
  29. Mathieu S, Soubrier M, Peirs C, et al. A meta-analysis of the impact of nutritional supplementation on osteoarthritis symptoms. Nutrients. 2022;14:1607. doi: 10.3390/nu14081607
  30. Zhao ZX, He Y, Peng LH, et al. Does vitamin D improve symptomatic and structural outcomes in knee osteoarthritis? A systematic review and meta-analysis. Aging Clin Exp Res. 2021;33:2393-403. doi: 10.1007/s40520-020-01778-8
  31. McAlindon T, LaValley M, Schneider E. Effect of vitamin D supplementation on progression of knee pain and cartilage volume loss in patients with symptomatic osteoarthritis a randomized controlled trial. JAMA. 2013;309(2):155-62. doi: 10.1001/jama.2012.164487
  32. Jin X, Jones G, Cicuttini F, et al. Effect of Vitamin D Supplementation on Tibial Cartilage Volume and Knee Pain Among Patients with Symptomatic Knee Osteoarthritis: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2016;315:1005-13. doi: 10.1001/jama.2016.1961
  33. Буралкина Н.А., Арутюнова Е.Э., Власова Г.А. Глобальные проблемы витамин-D-статуса: причины, патогенетические механизмы, лечение, меры профилактики. Медицинский Совет. 2018;12:152-8 [Buralkina N A, Arutyunova EE, Vlasova GA. Global vitamin D status problems: causes, pathogenetic mechanisms, treatment, prevention measures. Medical Council. 2018;12:152-8 (in Russian)]. doi: 10.21518/2079-701X-2018-12-152-158
  34. Garland CF, Gorham ED, Mohr SB, Garland FC. Vitamin D for cancer prevention: Global perspective. Ann Epi. 2009;19:468-83. doi: 10.1016/j.annepidem.2009.03.021
  35. Yetley EA. Assessing the vitamin D status of the US population. Am J Clin Nutr. 2008;88:558-642. doi: 10.1093/ajcn/88.2.558s
  36. Samuels J, Krasnokutsky S, Abramson SB. Osteoarthritis: a tale of three tissues. Bull NYU Hosp Jt Dis. 2008;66:244e50.
  37. Kwan Tat S, Lajeunesse D, Pelletier JP, Martel-Pelletier J. Targeting subchondral bone for treating osteoarthritis: what is the evidence? Best Pract Res Clin Rheumatol. 2010;24:51-70. doi: 10.1016/j.berh.2009.08.004
  38. Dean DD, Schwartz Z, Schmitz J, et al. Vitamin D regulation of metalloproteinase activity in matrix vesicles. Connect Tissue Res. 1996;35:331-6. doi: 10.3109/03008209609029208
  39. Пигарова Е.А., Дзеранова Л.К., Яценко Д.А. Витамин D – вопросы всасывания и метаболизма в норме и при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Ожирение и метаболизм. 2022;19(1):123-33 [Pigarova EA, Dzeranova LК, Yatsenko DA. Absorption and metabolism of vitamin D in health and in gastrointestinal tract diseases. Obesity and Metabolism. 2022;19(1):123-33 (in Russian)]. doi: 10.14341/omet12835
  40. Hyppönen E, Boucher BJ. Adiposity, vitamin D requirements, and clinical implications for obesity-related metabolic abnormalities. Nutr Rev. 2018;76:678-92. doi: 10.1093/nutrit/nuy034
  41. Marquina C, Mousa A, Scragg R, De Courten B. Vitamin D and cardiometabolic disorders: A review of current evidence, genetic determinants and pathomechanisms. Obes Rev. 2018;20:262-77. doi: 10.1111/obr.12793
  42. Pramono A, Jocken JWE, Goossens GH, Blaak EE. Vitamin D release across abdominal adipose tissue in lean and obese men: The effect of ß-adrenergic stimulation. Physiol. Rep. 2019;7:e14308. doi: 10.14814/phy2.14308
  43. Liang Z, Wang Z, Liu X, He Y. Confronting the global obesity epidemic: investigating the role and underlying mechanisms of vitamin D in metabolic syndrome management. Front Nutr. 2024;11:1416344. doi: 10.3389/fnut.2024.1416344
  44. Segal NA, Glass NA, Torner J, et al. Quadriceps weakness predicts risk for knee joint space narrowing in women in the MOST cohort. Osteoarthritis Cartilage. 2010;18(6):769-75. doi: 10.1016/j.joca.2010.02.002
  45. Barker T, Henriksen VT, Rogers VE, et al. Vitamin D deficiency associates with γ-tocopherol and quadriceps weakness but not inflammatory cytokines in subjects with knee osteoarthritis. Redox Biol. 2014;2(1):466-74. doi: 10.1016/j.redox.2014.01.024
  46. Glover TL, Goodin BR, King CD, et al. A Cross-sectional Examination of Vitamin D, Obesity, and Measures of Pain and Function in Middle-aged and Older Adults With Knee Osteoarthritis. Clin J Pain. 2015;31:1060-7. doi: 10.1097/AJP.0000000000000210

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Vitamin D deficiency. Causes, diseases, and disorders associated with vitamin D deficiency (adapted from [9]).

Download (355KB)

Copyright (c) 2025 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
 
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».