Orthopedics Department Reviews of Calcium Preparation and Vitamin D Deficiency in Thai Elderly Women Dr. Suppasin Soontrapa Orthopedics Department Khon Kaen University Khon Kaen Thailand 1 Mar 09

WHAT IS OSTEOPOROSIS ?

NIH Definition of Osteoporosis 2001 (NIH of USA) Osteoporosis is a skeletal disorder characterized by compromised bone strength predisposing a person to an increased risk of fracture. Bone strength reflects the integration of bone density and bone quality The textbook definition of osteoporosis is of a disease which decreases bone strength and therefore increases the risk of fracture. As you look at these visuals, you can see that the healthy (normal) bone is comprised of thick, inter-linking trabeculae, while the osteoporotic bone is thin and some of the connectors are broken. Importantly, the disease is no longer considered as just a low bone mineral density problem. There are multiple factors affecting the strength of bone and therefore fracture risk – including BMD and bone architecture. You can relate this to a steel bridge. A high quality bridge is not one with just a lot of steel. Both the steel and the way in which it is structured combine to make a bridge strong. The same could be said about bone mineral density and bone architecture. One of the first thing you have to consider in osteoporosis is its consequences, mainly due to the fractures that can occur quickly with the time. The typical physical image of osteoporosis spiral is the cascade of fractures from the first, very early peripheral fracture to the first vertebral fracture and then, to the hip fracture. The progression of the disease from the first vertebral fracture to many subsequent vertebral fractures can be a fast one. References: 1. Consensus Development Conference: Osteoporosis prevention, diagnosis, and therapy, JAMA 2001; 285: 785-95. 2. Dempster DW et al., A simple method for correlative light and scanning electron microscopy of human iliac crest bone biopsies: qualitative observations in normal and osteoporotic subjects, JBMR 1986; 1: 15-21. Consensus Development Conference, JAMA 2001; 285: 785-95

Risk Factor of Osteoporosis

Risk Factor of Osteoporosis 1. old age 2. history of maternal hip fracture 3. menopause 4. Oophorectomy 5. Low calcium and vitamin D intake 6. small body frame 7.being sedentary, no regular physical activity and exercise 8. on long term steroid medications 9. drinking excessive alcohol and smoking

Risk Factor of Osteoporosis 1. old age 2. history of maternal hip fracture 3. menopause 4. Oophorectomy 5. Low calcium and vitamin D intake 6. small body frame 7.being sedentary, no regular physical activity and exercise 8. on long term steroid medications 9. drinking excessive alcohol and smoking

Calcium

Elemental Composition of the Human Body Calcium Elemental Composition of the Human Body Calcium is the fifth most abundant chemical element in the human body Element % of total atoms H O C N Ca P Cl K S Na Mg 63 25.5 9.5 1.4 0.31 0.22 0.08 0.06 0.05 0.03 0.01 Lehninger, Biochemistry, 2nd ed., 1975

Calcium Calcium has critical roles in a variety of biochemical and physiologic processes 99% of calcium deposit in the bone 1% in extracellular fluid

Optimal calcium requirements recommended by the National Institutes of Health Concensus Panel (JAMA 272:1942-8;1994)

Optimal calcium requirements recommended by the National Institutes of Health Concensus Panel (JAMA 272:1942-8)

Women (1989)

Calcium requirement estimated by balance study in elderly Japanese people (K. Uenishi, et al. Osteoporos Int 2001) From the balance study Daily Ca requirement was 702 mg in the men Daily Ca requirement was 788 mg in women RDA = 1.2x Ca requirement RDA for Ca was 842 mg/day for men RDA for Ca was 946 mg/day for women

842 Women 1000 946 (1989)

Daily calcium intake of Thai population in Bangkok and vicinity Prof Daily calcium intake of Thai population in Bangkok and vicinity Prof. Surat Komin et al. 400 cases of healthy population age 20-80 yrs. Average calcium intake per day was about 361 mg. > 65% of cases had calcium intake less than 400 mg/day Only 2 % of cases had calcium intake > 800 mg/day

Conclusion Most of Thai population had calcium intake < 400 mg/day Thai RDA of calcium intake (1989) 800-1200 mg/day Thai population had calcium deficit about 400-600 mg/day

Calcium Supplementation and Bone Benefit

Percentage of increments (%) Percentage of increment in BMD and BMC between groups after 1 year of 500 mg Ca supplementation in males P = .030 P = .031 P = .007 P = .045 Percentage of increments (%) Charoenkiatkul, et al. 1999

Percentage of increments (%) Percentage of increment in BMD and BMC between groups after 1 year of 500 mg Ca supplementation in females P = .038 P = .033 Percentage of increments (%) Charoenkiatkul, et al. 1999

Conclusion The increasing in calcium intake 500 mg/day for 1 yr. could significantly increase bone density both male and female

การดูดซึมยาแคลเซียมจะมากน้อยเพียงใดขึ้นกับ 2 ปัจจัยใหญ่ๆคือ 1. การแตกตัวของเม็ดยา (disintegration) 2. การละลายตัวของยาในกระเพาะและลำไส้ (dissolotion)

Standard USP procedures: ยาควรจะแตกตัวได้หมดภายใน 30 นาทีในสารละลายที่เลียนแบบกระเพาะอาหาร First-case USP standards: ร้อยละ 75 ของยาจะต้องละลายตัวได้ภายใน 45 นาที

The dissolution of calcium composition in different pH 30 min 60 min HCl 1.01 Lactate 3.15 Acetate 4.78 Citrate 6.09 87.6 95.7 82.2 93.9 65.4 77.7 10.0 22.8 55.9 80.3 22.8 49.1 7.2 10.3 7.3 14.8 95.5 97.3 ---- ---- 92.0 100.8 100.8 104.5 pH buffer Calcium carbonate Tricalcium phosphate Calcium lactate

Jejunum proximal 6 middle 7.6 Ileum >7 Stomach 1-2 Duodenum 3-4 Jejunum proximal 6 middle 7.6 Ileum >7 Calcium phosphate Calcium carbonate Calcium lactate

G.I. Absorption of Calcium from Milk and Calcium Salts Objective to compare the absorption of calcium from milk and from five calcium salts: calcium carbonate, gluconate, lactate, citrate and acetate. Subjects eight healthy men (25-30 years) Method to measure the net calcium absorption from milk and five calcium salts. Mudassir SS, et al. N Engl J Med 1987;317:532-6.

Percent of calcium absorption (mean+S.E.) Solubility (g/dl of water) Percent calcium absorption (mean+SE) Calcium acetate 43.6 32+4 Calcium lactate 7.9 Calcium gluconate 3.85 27+3 Calcium citrate 9.6x10-2 30+3 Calcium carbonate 5.6x10-3 39+3 milk 31+3 ANOVA showed no statistical significant Mudassir SS, et al. N Engl J Med 1987;317:532-6.

Gastric acidity in older adults Cross-sectional study in a volunteer sample A total of 248 white male and female volunteers aged 65 years or older living independently Aryeh Hurwitz JAMA 1997;278:659-62

Gastric acidity in older adults More than 10% of elderly people in this study were unable to acidify gastric contents, both the basal, and stimulated state Of those who were consistent hyposecretors of acid, most had serum markers of atrophic gastritis Achlorhydria Aryeh Hurwitz JAMA 1997;278:659-62

Calcium absorption and achlorhydria Compare absorption of calcium in patients with achlorhydria in Carbonate form Citrate form 11 fasting patients with achlorhydria and 9 fasting normal subjects Robert R Recker N Engl J Med 1985; 313: 70-3

Calcium absorption and achlorhydria Mean calcium absorption(+SD) Patients with achlorhydria 0.452 + 0.125 for citrate 0.042 + 0.021 for carbonate (p<0.0001) Normal subjects 0.243 + 0.049 for citrate 0.225 + 0.108 for carbonate (NS) Robert R Recker N Engl J Med 1985; 313: 70-3

Calcium lactate-gluconate 2.94 g (13%) = 380 mg Calcium carbonate 0.3 g (40%) =120 mg (elementary calcium 500 mg)

J.P. Praet, A. Peretz, et al. J Endocrinol. Invest. 21:263-7, 1998 Comparative study of the intestinal absorption of three salts of calcium in young and elderly women J.P. Praet, A. Peretz, et al. J Endocrinol. Invest. 21:263-7, 1998

Objective ต้องการเปรียบเทียบการดูดซึมแคลเซียมต่างชนิด ได้แก่ Calcium citrate in soluble Calcium citrate in solid Calcium gluconolactate-carbonate

กลุ่มประชากร สตรีที่มีสุขภาพแข็งแรงอายุน้อยจำนวน 15 ราย สตรีสูงอายุ 20 ราย

methods การศึกษานี้ใช้วิธี oral calcium loading test แบ่งกลุ่มประชากรออกเป็นสองกลุ่ม กลุ่มแรก เปรียบเทียบการดูดซึม 1000 mg of elementary calcium of solid calcium citrate (125 mg/tab * 8 tabs) vs. calcium gluconolactate-carbonate (500 mg/tab * 2 tabs) ในสตรีอายุน้อยจำนวน 7 ราย (median age = 23 yr, range 22-24 yr) และสตรีสูงอายุจำนวน 10 ราย (median age = 72 yr, range 62-85 yr)

methods การศึกษานี้ใช้วิธี oral calcium loading test แบ่งกลุ่มประชากรออกเป็นสองกลุ่ม กลุ่มที่สอง เปรียบเทียบการดูดซึม 1000 mg of elementary calcium of soluble calcium citrate (500 mg/tab * 2 tabs) vs. calcium gluconolactate-carbonate (500 mg/tab * 2 tabs) สตรีอายุน้อยจำนวน 8 ราย (median age = 23 yr, range 21-46 yr) สตรีสูงอายุจำนวน 10 ราย (median age =79 yr, range 70-91 yr)

In preload phase Results Basal calciuria เพิ่มขึ้นในสตรีสูงอายุ (p<0.01) Basal serum calcium จะใกล้เคียงกันในทั้งสตรีอายุน้อยและสูงอายุ

ภายหลัง oral calcium loading Results ภายหลัง oral calcium loading ในผู้สูงอายุ postload calciuria เพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนในกลุ่ม soluble calcium citrate (p<0.05) และ Ca gluconolactate (p<0.05) เมื่อเทียบกับ solid calcium citrate ในผู้มีอายุน้อยพบลักษณะเช่นเดียวกับผู้สูงอายุ แต่ไม่มีนัยสำคัญ

Conclusions การดูดซึมแคลเซียมของ Calcium gluconolactate และ soluble form of calcium citrate สูงกว่า solid form of calcium citrate

Conclusions โรคกระดูกพรุนในผู้สูงอายุต้องเสริมด้วยแคลเซียม ผู้สูงอายุส่วนหนึ่งมีภาวะ achlorhydria และมีผลต่อการดูดซึมแคลเซียม แคลเซียมที่เหมาะสมต่อผู้สูงอายุควรเป็นแคลเซียมชนิดที่สามารถละลายได้ในทุก pH และเป็นชนิดเม็ดฟู่เพื่อเพิ่มการดูดซึม

Vitamin D

Introduction Vitamin D is an essential vitamin for maintaining a healthy skeleton throughout our lives because 1. Enhance the GI absorption of Calcium 2. Enhance mineralization of bone 3. Improve muscle function

Introduction The reduction in vitamin D is associated with impaired calcium absorption increasing PTH level to cause secondary hyperparathyroidism which stimulate bone resorption and bone loss especially cortical bone and cause osteoporosis especially Femoral neck

Introduction Many elderly persons, particularly those who are confined indoors, usually have vitamin D deficiency (Gloth III FM. JAMA. 1995) Many studies in western countries showed high prevalence of low serum vitamin D concentration (25-54 %) (Omdahl JL. Am J Clin Nutri 1982; McKenna MJ. Am J Med 1992; Goldray D. J Am Geriatr Soc 1989.)

Introduction Vitamin D deficiency is one of the risk factors of osteoporosis and osteoporotic fracture (Gloth IIIFM. J Am Geriatr Soc 1995; Meunier PJ. Am J Med 1993; Boonen S. J Endocrinol 1996; Lefoff MS. JAMA, 1999; Lips P. Am J Clin Nutr 1987) Calcium and vitamin D supplementation could reduce osteoporotic hip fracture and other nonvertebral fractures among elderly women (Chapuy MC. N Eng J Med 1992; Chapuy MC. BMJ 1994)

Introduction Two main sources of vitamin D are 1. food intake ( cod liver oil, eel, salmon, milk with supplemented vitamin D, etc.) 2. photosynthesis in the skin The skin synthesis of vitamin D is considered the most common source of vitamin D in man

Introduction Homebound elderly persons usually susceptible to vitamin D deficiency because 1. Poor nutrition (Omdahl JL. Am J Clin Nutr 1982; Delvin EE. Am J Clin Nutr 1988; Parfitt AM. Am J Clin Nutr 1982) 2. Deprivation of sunlight (Parfitt AM. Am J Clin Nutr 1982) 3. Age-related changes in skin and renal function (MacLaughlin JA. J Clin Invest 1985)

Introduction Thailand locate in the tropical zone with abundant sunlight, most people believe they have adequate sunlight exposure and should have adequate vitamin D The Vitamin D supplementation does not necessary in Thai elderly Do you believe this concept ?

Thai elderly had adequate Vitamin D Do you believe ?

Soontrapa Sp. Srinagarind Med J 2002; 17(4) The prevalence and the calcidiol level of vitamin D inadequacy in Thai urbanized elderly women Soontrapa Sp. Srinagarind Med J 2002; 17(4)

Reversed correlation between serum vitamin D and serum PTH level (r = - 0.421, p < 0.001, N = 105)

Prevalence 78.2% Vitamin D inadequacy Subclinical vitamin D inadequacy is the level of calcidiol that cause serum PTH start to increase (McKenna MJ Osteoporos Int 1998; Scharla SH Osteoporos Int 1998.)

Prevalence 65.35% Vitamin D inadequacy Clinical vitamin D inadequacy is the level of calcidiol that cause significantly increase in serum PTH

The osteoporosis elderly had significantly lower calcidiol level than the non-osteoporosis (p=0.004)

Vitamin D inadequacy and the risk of osteoporosis in elderly women Soontrapa Sp. Srinagarind Med J 2002; 17(3):p153-158

Calcidiol level of vitamin D inadequacy < 35 ng/ml Prevalence 65.35% 66 cases 35 cases Calcidiol level of vitamin D inadequacy < 35 ng/ml

Results Site Odds ratio (95%CI) Chi-square (p-value) Lumbar spine (l2-4) Femoral neck Wards triangle Trochanter Total femur Radius UD Distal 1/3 of radius 1.38(0.6-3.19) 2.87(1.15-7.15) 1.15(0.46-2.86) 2.03 (0.64-6.4) 0.75(0.28-2.01) 0.42(0.12-1.51) 1.32(0.54-3.24) 0.58 (p=0.44) 5.10 (p<0.03) 0.09 (p=0.76) 1.37 (p=0.24) 0.31 (p=0.58) 1.69 (p=0.19) 0.36 (p=0.55) Vitamin D inadequacy group had higher risk of femoral neck osteoporosis than the normal one (Odds ratio =2.87, p<0.03)

Conclusion The calcidiol level for clinical vitamin D inadequacy is < 35 ng/ml The prevalence of vitamin D inadequacy in Thai urbanized elderly women was 65.35% The elderly with vitamin D inadequacy has higher risk of femoral neck osteoporosis than the normal vitamin D (Odds ratio 2.87; p<0.03)

Compare the calcidiol level amongst pre-menopausal women, early post-menopausal women, urbanized elderly and rural elderly women

Total cases =322 p<=0.029 Early post-menopausal women Urbanized elderly women Rural elderly women

the calcidiol level among pre-menopausal women, early post-menopausal women, urbanized elderly and rural elderly women 44.89 (1.9) 35 ng/ml 29.17(0.82) 33.22(1.4) 32.65 (1.74)

Rural elderly Pre-men. women Urbanized elderly Early post-men 65.4% 77.98% 65.4% 60% Rural elderly Pre-men. women Urbanized elderly Early post-men 15.4%

Conclusion The tendency of vitamin D inadequacy will progressively increase in the near future According to the high prevalence of vitamin D inadequacy in pre-menopausal and early post-menopausal women; Thai elderly in the near future will have higher prevalence of osteoporosis if they remain the same life style

พฤติกรรมที่แตกต่างกันระหว่างคนเมืองและคนชนบท

การออกกำลังกายของคนในเมืองมักออกกำลังกายภายในตึก

ชีวิตของคนชนบทคือการทำงานกลางแจ้ง ได้รับแสงอาทิตย์อย่างเต็มที่

เปลี่ยนพฤติกรรมการออกกำลังกายจากภายในตึกเป็นออกกำลังกายกลางแจ้ง

ออกกำลังกายช่วงเวลาใดจึงจะเหมาะสม

ประเทศไทยตั้งอยู่ในช่วงเส้นรุ้งที่ 4-20 องศาเหนือ ที่ Boston (ละติจูด 42 องศาเหนือ) เพียงแค่หน้าและแขนรับแสงอาทิตย์ช่วงเที่ยงวัน ประมาณ 15-20 นาที ผิวหนังจะสร้างวิตามินดีประมาณ 200 IU ซึ่งเพียงพอต่อความต้องการในแต่ละวัน เหนือ ใต้ ประเทศไทยตั้งอยู่ในช่วงเส้นรุ้งที่ 4-20 องศาเหนือ

7-9 น. 15-17 น. 12 11 13 10 14 45 15 09 08 16 07 17 45 18 06 รับแสงอาทิตย์ประมาณ 30 นาที

ออกกำลังกายช่วง 7-9 นาฬิกาตอนเช้า ช่วง 15-17 นาฬิกาตอนเย็น ประมาณ 30-60 นาที

Thank You