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ビタミンD3はさまざまな臓器を形成する細胞に対し、直接関与しており、今ではホルモンと考えられております。現在、関与が明らかにされている器官は、小腸粘膜上皮細胞、造骨細胞、副甲状腺主細胞、脳下垂体の甲状腺刺激ホルモン分泌細胞、表皮の細胞、肝臓の脂肪細胞、腎臓の遠位尿細管細胞、膵臓のβ細胞、胃のガストリン分泌細胞、妊娠動物の胎盤腫瘍細胞などが上げられています。
ここではビタミンD3が小腸粘膜上皮細胞に働く作用を説明します。

ビタミンD3は小腸粘膜上皮細胞にビタミンＤ依存性カルシウム結合タンパクを作ります。
そのビタミンD依存性カルシウム結合タンパクと口から摂取されたカルシウムと結合し血液中に吸収されます。

もし、紫外線を浴びないとビタミンD3が生成できず、そのため、ビタミンD依存性カルシウム結合タンパクも出来なくなり、いくらカルシウムを摂っても体内に吸収できずカルシウム不足状態になります。

カルシウムとは細胞に体内の様々な情報を伝える大切な情報伝達物質なのですが、そのカルシウムが欠乏すると身体全体に脳からの指令が伝わらなくなります。

また、カルシウムが不足すると血中カルシウム濃度が下がり、このままでは心臓や脳への酸素供給が不能になるため、副甲状腺の生命維持装置の働きによって神経伝達ホルモンを分泌し破骨細胞に命令して、骨を溶かし、血中カルシウムの不足を補う作用が行われます。あまり影響はないように思われますが、これが続くと骨密度が低下し骨粗鬆症の危険性が高くなります。

骨から溶け出したカルシウムは必要以上に排出されます。
この状態がさらに続くと血液中のカルシウム量はさらに増し放置すると、高カルシウム結晶を引き起こすため、動脈の外へ出す働きが起きます。押し出されたカルシウムは動脈の組織に入り、動脈を収縮させ、高血圧を引き起こします、また組織の中に入ったカルシウムが蓄積されるとコンクリート同じ現象が生じ、動脈そのものが固まって動脈硬化をも引き起こしてしまう可能性があります。
なお、動脈にあふれ出たカルシウムは細胞内に入り込み、遺伝子に傷をつけ、ガンを誘発する要因にもなります。

その他にも細胞中にカルシウムがあふれてしまうとホルモンなどの働きが阻害され、様々病気を引き起こす原因となってしまいます。
このようにカルシウムの吸収量が少なくなり、細胞内のカルシウム濃度が上昇することをカルシウムパラドックス現象といいます。