维生素D（vitamin D）是一种常见的人体必需的脂溶性维生素，其重要的生物作用是参与调节体内钙磷的代谢，在骨矿盐代谢中具有重要的作用，最近的研究显示我国学龄儿童普遍存在维生素D不足^[1]。儿童缺乏维生素D可导致佝偻病和骨发育不良等骨代谢疾病，成人缺乏亦会增加骨质疏松发生的风险^[2-4]。儿童期是构筑一生骨健康的关键时期，该时期骨量快速积累，直接影响峰值骨量高低^[5]。血中的25-羟基维生素D [25-hydroxyvitamin D，25（OH）D]水平是体内维生素D营养状况的常用评价指标^[2]，众多研究报道了儿童25（OH）D水平和骨密度（bone mineral density，BMD）的关系^[6-11]，但是研究结果受到研究人群的地区、年龄、种族、性别和测量骨骼部位等因素影响仍不一致，且前瞻性队列研究的依然较少。跟骨BMD因其易于检测，可以反映全身骨骼密度的情况以及预测峰值骨量和骨折风险，在儿童骨健康评价中应用广泛。本研究拟对北京市学龄儿童25（OH）D水平与跟骨BMD之间的关系进行前瞻性分析，以评价维生素D在儿童骨代谢中的作用，为儿童实现良好骨健康提供参考证据。

对象与方法

1. 研究对象：来自儿童青少年心血管与骨健康促进项目（School-based Cardiovascular and Bone Health Promotion Program，SCVBH），SCVBH是在北京地区开展的一项旨在了解北京市学龄儿童心血管与骨健康状况的变化及其相关影响因素的前瞻性队列研究。该项目采用分层整群抽样的方法于2017年11月至2018年1月在北京市东城、房山、密云和通州4个区的30所学校进行了基线调查，共对15 391名6~16岁儿童进行了问卷调查和体格检查，研究方案及基线特征见文献[12]。之后于2019年11月至2020年1月对该人群进行了随访调查，共随访到12 984人（随访率84.4%）。本研究排除基线25（OH）D、身高、体重以及基线或随访时点跟骨BMD等关键变量缺失和患有严重脏器疾病的儿童后，最终共纳入10 914人进行分析（在此样本量下把握度可达90%以上）。研究方案通过首都儿科研究所伦理委员会批准（批号：SHERLL2016026），所有研究对象的监护人均签署书面知情同意书。

2. 问卷调查：通过结构化问卷收集调查内容包括：一般人口学特征（出生日期、性别等）、生活行为因素（最近1个月内吸烟、饮酒、运动情况，最近半年内奶制品摄入、维生素D和钙补充剂使用情况等）和生长发育情况，必要时由研究对象监护人协助完成。其中吸烟定义为吸过≥1支完整的香烟；饮酒定义为饮过≥1个标准量的酒（白酒1两/啤酒1听/葡萄酒120 ml）；经常摄入奶制品定义为平均每周≥3次；运动充分定义为平均每天中等以上强度运动≥60 min。调查问卷研究预调查阶段已通过信效度检验。青春期发育状态按照基线和随访时点是否出现遗精（男生）或月经初潮（女生）分为3类，即发育成熟（基线时已出现遗精或初潮）、成熟中（随访时点已出现遗精或初潮）和未成熟（基线和随访时点均未出现遗精或初潮）。

3. 体格检查：受试者穿轻薄衣物，使用经校准的仪器按照标准方法测量身高和体重，读数分别精确到0.1，连续测量2次，取平均值纳入分析，计算BMI，按照中国儿童肥胖筛查标准诊断超重/肥胖^[13]。

4. 跟骨BMD测量：基线和随访均使用超声波法测量研究儿童右足跟骨密度，仪器采用日本古野CM 200超声骨密度仪。测试前用耦合剂湿润脚踝左右两侧以提高声波传导性，测量时小腿支撑架和足部定位器的中心线与足底、足底与小腿、小腿与大腿均呈90°角，从而保证获得有效的测量结果，记录超声声速（speed of ultrasound，SOS）值，单位为m/s，以评价跟骨BMD，根据超声波测定法原理，声波传导速度和振幅衰减能反映骨矿含量和骨强度，SOS值越大表示BMD越高。考虑儿童的生长发育的变异性，对SOS进行年龄别-性别Z值转换[（X-均值）/标准差]，并计算跟骨BMD Z值的变化量=随访时点跟骨BMD Z值-基线跟骨BMD Z值，其值< 0定义为跟骨BMD Z值下降。

5. 维生素D检测：基线采集空腹12 h后的静脉血5 ml，静置30 min后，1 509.3×g离心10 min，分离血清，冷藏运输至中心实验室进行相关指标检测。采用化学发光免疫法（DiaSorin公司）检测基线血清25（OH）D水平。并按照 < 30、30~、≥50 nmol/L分别诊断为维生素D缺乏、不足和充足^[14]。

6. 统计学分析：在“北京市儿童成人慢性病防治中心科研项目数据管理平台”录入研究数据，经自动和人工双重核查，采用R 4.0.0软件进行统计分析。连续变量经正态性检验后采用x±s表示，组间比较采用方差分析；分类变量用频数（%）表示，采用χ²检验进行组间比较。采用多因素线性回归调整影响BMD或维生素D水平的较为密切的指标分析维生素D水平与随访时点跟骨BMD Z值的关系，模型1校正年龄、性别，模型2在模型1的基础上进一步校正BMI、吸烟、饮酒、奶制品摄入、维生素D补充、钙剂补充、体力活动和青春期发育状态，模型3在模型2的基础上继续校正基线跟骨BMD Z值。同样通过二项logistic回归模型分析维生素D与跟骨BMD Z值下降发生风险的关系。另外采用自然平滑样条模型绘制25（OH）D水平与跟骨BMD Z值和跟骨BMD Z值下降发生风险的拟合曲线。并进一步按照性别、年龄、BMI、基线BMD Z值、体力活动和青春期发育状态分层后进行亚组分析。所有检验均为双侧检验，检验水准α=0.05。

结果

1. 基本特征：纳入分析的10 914名儿童的年龄为（11.5 ± 3.3）岁，男童占49.6%，基线25（OH）D水平为（35.4 ± 12.0）nmol/L，不足率为52.8%，缺乏率为36.1%。随访时点的跟骨BMD Z值均值高于基线（变化值为0.024±0.481），49.7%的儿童出现跟骨BMD Z值下降。维生素D充足的儿童中男童较多（61.0%），并倾向于有较低的年龄、BMI和饮酒率，以及较高的摄入奶制品、补充维生素D、补充钙剂、充分运动频率、未发育成熟率和随访时点跟骨BMD Z值（P < 0.05）。见表 1。

2. 维生素D营养状况与随访时点跟骨BMD的关系：图 1A平滑拟合曲线显示25（OH）D水平与随访时点跟骨BMD Z值呈正相关关系。多因素线性回归分析显示，校正年龄、性别后（模型1），25（OH）D每增加10 nmol/L，随访时点跟骨BMD Z值增加0.03（P=0.001）；相对于维生素D充足，维生素D不足和缺乏的儿童随访时点跟骨BMD Z值下降0.04（P=0.169）和0.09（P=0.008），趋势P=0.003。进一步校正BMI、吸烟、饮酒、奶制品摄入、维生素D补充、钙剂补充、体力活动、青春期发育状态（模型2）和基线跟骨BMD Z值（模型3）后，回归β值略有下降，但仍有统计学意义，见表 2。各亚组分析中在男童、基线BMD Z值较高和未发育成熟组中观察到两者关联有统计学意义，见图 2（左）。

3. 维生素D营养状况与跟骨BMD变化的关系：图 1B平滑拟合曲线显示随着25（OH）D水平与2年间跟骨BMD Z值下降发生风险呈负相关关系。多因素线性回归分析显示，校正年龄、性别、BMI、吸烟、饮酒、奶制品摄入、维生素D补充、钙剂补充、体力活动、青春期发育状态和基线跟骨BMD Z值后（模型3），25（OH）D每增加10 nmol/L与2年间发生跟骨BMD Z值下降的OR=0.96（95%CI：0.93~1.00），P=0.030；相对于维生素D充足，维生素D不足和缺乏的儿童2年间跟骨BMD Z值下降的发生风险分别增加15%（P=0.037）和21%（P=0.006），趋势P=0.011，见表 3。各亚组分析中在男童、BMI正常、基线BMD Z值较高、运动不足和发育未成熟组中观察到两者关联有统计学意义，见图 2（右）。

讨论

近年来，骨质疏松的发生率逐年上升，骨质疏松以骨微结构退化、骨量减少、骨强度降低导致的骨折风险增加为特性^[15]。人的一生中骨骼一直处于不断的更新代谢过程中，儿童期骨形成大于骨吸收，约70%~80%的峰值骨量在儿童青少年时期积累，是“骨银行”储存的关键时期，而峰值骨密度每增加10%可以使成年期骨质疏松性骨折的发生风险降低50%、骨质疏松症发生年龄推后13年^{[5, 16]}。在25~30岁前达到峰值骨量以后骨吸收大于骨形成，随着年龄增加骨量逐渐下降，因此预防骨质疏松要从儿童开始，增强儿童骨密度显得尤为重要。

维生素D作为骨骼发育中的重要营养素，其主要通过以下作用改善骨健康^{[3-4, 17]}：①促进人体从肠道中吸收钙质；②参与骨代谢，维持骨的正常更新和矿化，减少骨流失，增加骨密度，改善骨骼强度和功能；③直接刺激肌肉组织，降低跌倒风险。尽管维生素D在机制上可增加骨密度改善骨健康，但是以往研究在分析儿童维生素D水平和BMD关系上结果仍存在争议^[6-11]。一项在171名芬兰9~15岁女童中开展的研究显示25（OH）D水平与基线BMD无关，但却和未来3年间的腰椎和股骨颈BMD增加存在关联^[11]。我们研究结果也显示基线维生素D营养状况与随访时点跟骨BMD水平及其2年间的变化存在密切的关系，维生素D充足的儿童2年间倾向有更高的跟骨BMD水平。另外一些横断面研究并未在儿童中观察到维生素D和BMD存在关联^{[7, 10]}，这些不一致的研究结果可能与研究设计、种族、年龄、骨骼测量部位等因素有关。

本研究在亚组分析时观察到在男童、BMI正常、基线SOS Z值较高和青春期未发育组中维生素D与跟骨BMD的关系或更为密切。维生素D对于骨健康的影响是一个长期和连续的过程，其骨代谢作用也易受到肥胖、运动、体内激素水平等多方面因素的影响，未来研究需要继续探索这些潜在的交互作用是否存在，寻找需重点干预和收益较大的人群。另一点值得注意的是在研究纳入分析的10 914名学龄儿童中普遍存在维生素D不足或缺乏（约88%），这一流行状况高于以往其他研究报道的结果^{[1, 18]}，提示北京城区儿童青少年在秋冬季节体内维生素D水平较低，应当引起学校、家长和儿童保健医务人员的重视。

本研究是一项以在校学生为基础的大样本前瞻性队列研究，探讨了维生素D营养状况与跟骨BMD及其变化的关系，协变量信息充分，同时研究开始前已制定统一的实施和质量控制方案，确保了资料的真实可靠性，具有较高证据强度。但仍存在一些局限性：首先，出于大规模调查可行性考虑，跟骨BMD的评价采用超声波法，并非金标准方法，但超声法操作简便、经济安全，与金标准方法有良好相关性，更适用于大规模调查^[19]。其次，研究属于观察性研究，且随访时间仅为2年，相对较短，目前只能看到BMD数值的变化，对于骨骼长期变化的临床意义反映可能不充分，未来需要更长随访期、干预性研究来进一步研究结果。第三，研究未能收集Tanner分期信息，仅通过问卷得到月经和遗精信息来判定青春期性发育状况存在一定局限性。此外，研究儿童均来自北京市，并且由于纳入分析儿童和未随访人群的基线特征在年龄、性别等方面存在差别（数据未展示），可能导致潜在的选择偏倚，过高或者过低的估计了维生素D和骨密度的关系，故结果的解释和外推需谨慎。

综上所述，维生素D营养状况与跟骨BMD密切相关，维生素D充足的儿童倾向于获得更高的BMD水平。儿童青少年时期应关注骨骼正常生长发育，倡导维持充足的维生素D水平，加强营养与运动，减少不利因素，促进正常的钙磷代谢，对于获得理想的峰值骨量，预防骨质疏松症等成年期疾病或具有深远意义。

利益冲突  所有作者均声明不存在利益冲突

志谢 北京市东城区中小学卫生保健所（陈海华、石晓燕、陈春宇、付鹏翀）；北京市密云区中小学卫生保健所（王莲革、尹钱、崔海洪、聂长琳）；北京市通州区中小学卫生保健所（李建辉、韩卫民、王景波）；北京市房山区中小学卫生保健所（林宁翔、高素梅）；北京市教育委员会（宋玉珍）