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丈夫な骨格作りに欠かせないビタミンDは、脂溶性ビタミンの一種である。ビタミンDは数種類の物質の総称で、そのうちのビタミンD3（化学名：コレカルシフェロール）は、ビタミンD2（化学名：エルゴカルシフェロール）に並んで活性の高いビタミンDの一つである（この構造式はビタミンD3）。ビタミンDは腸内のカルシウムとリンの吸収を促進し、副甲状腺ホルモンと共にリンの排出を抑えて骨格の構成を促す働きを担う。人間とは異なり犬においては、紫外線による皮膚内での7-デヒドロコレステロールからコレカルシフェロールへの変換は行われず、植物性の食物に含まれるビタミンD2が動物性食物に含まれるビタミンD3とほぼ同じ効果をもたらすことが知られており、それぞれ肝臓と腎臓で本来の有効活性物質である1,25-ジヒドロキシコレカルシフェロールへと変換される。
犬のビタミンDの所要量はカルシウム所要量とリン供給量に左右され、成長期の犬で理想的な供給量および理想的なカルシウム：リン比率においては体重1kg当たり1日最大20IU（国際単位）とされる。カルシウム供給が少なく、またカルシウム：リン比率が崩れている場合、ビタミンDの所要量は上がる。健康な成犬では体重1kg当たり1日最大10IUの摂取で十分であるが、妊娠中あるいは授乳中の母犬では成長期の犬と同く体重1kg当たり1日最大20IUが必要とされ、また胆汁の回収障害や進行性腎疾患などでも、多めのビタミンD摂取が必要である。
なお脂溶性ビタミンであるビタミンDは体に蓄積されるため、過剰な摂取により高カルシウム血症や高リン酸血症、動脈硬化、頻尿、血便といった過剰症が現れるほか、長期にわたって毎日体重1kg当たり1万IU、または1回に体重1kg当たり20万IUのビタミンD3の摂取により腎石灰沈着症が観察されており、通常の所要量の10倍を超える量の摂取は禁忌とされている。
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