维生素D缺乏会导致佝偻病，但由于维生素D是一种脂溶性维生素，排泄缓慢，所以补充过多的维生素D也会发生中毒。维生素D中毒的主要原因是少数家长误认为鱼肝油是补品，多多益善，盲目加大剂量；也有的家长没有向医生说明近期在其他医院注射过维生素D3制剂，导致反复用药。也有少数儿童因智力低下、运动发育迟缓而被误诊为佝偻病，反复肌肉注射维生素D3制剂。
维生素D的吸收、利用、储存和排泄能力因人而异，所以引起中毒的剂量也因人而异，差别很大。一般来说，成人每天摄入2.5毫克（10万IU），婴儿每天每公斤体重摄入50微克（2000IU），持续2至3个月，就会发生中毒；或者是肌肉注射大剂量的维生素D3。注射比H给药更容易引起中毒，尤其是在大剂量口服的基础上注射D2或D3。维生素D中毒最初表现为体温过低和食欲不振，随后逐渐出现抑郁、体重不增和四肢无力。
最具体和明显的症状是多尿症和多尿症。在严重的情况下，由于血钙持续升高，钙盐在身体各器官的沉积会引起相应的功能障碍。例如，肾血管受累可引起顽固性高血压；脑血管壁钙化可导致脑血管意外；在呼吸道粘膜下的沉积可导致慢性咳嗽不愈。患者的检查常显示血钙增高，尿钙持续阳性；X线检查显示四肢长骨末端钙化，有多处钙质沉积，骨膜增厚，骨皮质增厚。少数病人的肾脏、支气管和四肢软组织可能有钙化的阴影。
怀孕期间过量的维生素D可能导致出生体重低、智力发育迟缓、主动脉瓣狭窄，以及颌骨的异常生长和其他特殊的面部特征。对于怀疑有毒性的病人，应立即停止鱼肝油制剂，避免阳光照射，避免食用富含钙质的食物（如乳制品和海鲜）；必要时可口服氢氧化铝或硫酸钠以防止钙的吸收；肾上腺皮质激素可迅速将维生素D转化为活性较低的代谢产物，并阻止其吸收，每天1～2毫克/公斤体重的泼尼松可以
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