Senza vitamina D, viene assorbito solo il 10-15% di calcio, presente nella dieta e circa il 60% del fosforo. L'interazione dell'1,25 diidrossivitamina D con i recettori intestinali della vitamina D aumenta l'efficienza dell'assorbimento del calcio dall'intestino dal 30 al 40% e circa dell'80% del fosforo (vedi Figura 1).

In uno studio è stato visto che, quando il livello di 25-idrossi vitamina D è meno di 30 ng ml, si verifica una significativa riduzione dell'assorbimento intestinale di calcio insieme a un aumento del paratormone. L'ormone paratiroideo aumenta il riassorbimento tubulare di calcio e stimola i reni a produrre 1,25-diidrossivitamina D. L'ormone paratiroideo attiva anche gli osteoblasti, stimolando la trasformazione degli preosteoclasti in osteoclasti maturi (vedi Figura 1). Gli osteoclasti sciolgono la matrice mineralizzata del collageno dell'osso, causando osteopenia e osteoporosi e quindi aumentando il rischio di fratture.

La mancanza di calcio e di vitamina D in utero e nel bambino può impedire la massima deposizione di calcio nello scheletro. Se la mancanza di vitamina D progredisce, le ghiandole paratirodee sono fortemente stimolate, causando un iperparatiroidismo secondario. L'ipomagnesiemia attutisce questa risposta, per cui spesso i livelli di paratormone possono essere normali, anche quando il livello di 25-idrossivitamina D cade al di sotto dei 20 mg per ml. L'ormone paratiroideo, d'altra parte, aumenta il metabolismo della 25-idrossivitamina D in 1,25-diidrossivitamina D, che ulteriormente esacerba la deficienza di vitamina D. L'ormone paratiroideo inoltre causa fosfaturia, determinando un abbassamento dei livelli della fosforemia (che passa da 5 mg/dl del normale a 2-2,5 mg/dL del rachitico). Senza un normale rapporto calcio/fosforo diminuisce la mineralizzazione della matrice del collageno, causando la comparsa dei classici segni del rachitismo dei bambini e della osteomalacia degli adulti.

Mentre l'osteoporosi non si associa a dolore osseo, l'osteomalacia si associa a dolori ossei isolati o generalizzati.

Si pensa che la causa di questi dolori sia l'idratazione della matrice gelatinosa demineralizzata vicina al periostio: la matrice idratata spinge verso l'esterno il periostio, causando tensione e dolore. L'osteomalacia può essere spesso diagnosticata usando una pressione moderata del pollice sullo sterno o sulla faccia anteriore della tibia, elicitando dolore. Di questa possibilità è necessario tener conto quando si imposti la diagnosi differenziale dei dolori ossei nell'adolescente e nell'adulto.