Токсична дія вітаміну Д обумовлено не тільки впливом на фосфорно-кальцієвий обмін, що тягне за собою зрушення у вуглеводному, білковому, жировому обмінах, розвиток гіперкальціємії, цітратеміі, метаболічного ацидозу, але і пошкодження клітинних структур. Механізм пошкоджуючої дії вітаміну Д на тканині довго залишався неясним. Припускали, що це пов'язано з розвиваються при гіпервітамінозі Д Гіперкальціємічний станом. Щоб забезпечити гомеостаз кальцію і зменшити ступінь гіперкальціємії, організм посилено відкладає солі Ca в самі різні органи і тканини. В результаті наступає метастатична кальцифікація, яка носить, як правило, генералізований характер. Ступінь її розвитку залежить від цілого ряду чинників, які в даний час інтенсивно вивчаються. Встановлено, наприклад, що на інтенсивність відкладення солей Ca великий вплив мають спосіб дачі вітаміну Д, його дозування, харчування хворого, стан шлунково-кишкового тракту, нирок, печінки. При тривалому застосуванні вітаміну Д кальциноз зазвичай більш виражений, ніж після короткочасного введення цієї ж дози препарату. При хронічному гіпервітамінозі Д кальцификация окремих органів і м'яких тканин може бути настільки вираженою, що кальцінати видно неозброєним оком. Найбільш інтенсивному кальцинозу зазвичай піддаються нирки, серце, судини, лімфожелези, слизова шлунково-кишкового тракту, м'язова система, зв'язки, хрящі (Наш, 1932- Михлина, 1941- Howard, Ricbord, 1948- Christensen a. oth., 1951- Мацко, 1955, Шевлягіна, 1965- Pfaffenschlager, 1964- Маркович, 1969- Harris, 1969- Шубіна, Вендт, 1970- Kobulinsky, 1971).
Зараз встановлено, що розвитку метастатичної кальфікаціі при Д-вітамінної інтоксикації можуть передувати різноманітні структурні і біохімічні зміни в клітинах і клітинних органелах різних органів і тканин. Ці зміни, на думку ряду дослідників, відіграють визначальну роль у механізмі токсичної дії вітаміну Д. Причому гістохімічні та біохімічні зрушення в тканинах (ще до розвитку кальцифікації), очевидно, можуть бути обумовлені прямим шкідливою дією препарату або якихось його метаболітів. В. Б. Спірічев і співавтори (1968) показали, що токсична дія вітаміну Д на тканині, мабуть, пов'язано з його здатністю накопичуватися в ліпопротеїнових мембранах, порушуючи їх структуру і функціональну активність. У педіатричній практиці це може спостерігатися при лікуванні будь-яких резистентних форм рахіту високими дозами вітаміну Д2, а також при лікуванні та профілактиці «ударами», «поштовхами» і т. П. Д. М. Коростовцев і Т. Н. Кривошеєнко (1974) вважають , що пряме несприятливу дію вітаміну Д2 маскується більш важкими ушкодженнями, викликаними гіперкальціємією. У тих випадках, коли всмоктування кальцію з тих чи інших причин обмежена (вітамін Д-залежний рахіт, зв'язування Ca в просвіті кишечника деякими фармакологічними агентами, різке обмеження його в їжі та ін.), Зміни в тканинах будуть обумовлені головним чином самим препаратом. Експериментально на білих щурах Д. М. Коростовцев довів, що навіть одноразове введення тваринам великих доз вітаміну Д викликає певні морфологічні зміни печінки ще до розвитку гіперкальціємії. Вже через 3-5 годин після введення препарату спостерігаються дистрофія гепатоцитів, зниження вмісту в них глікогену, з'являються дрібні вогнища некрозу.
Великий інтерес представляють роботи, в яких було показано, що вітамін Д в токсичних дозах здатний викликати гемоліз еритроцитів, придушувати скорочення мітохондрій і АТФ-азну атівность клітинних і субклітинних мембран. При цьому шкідливу дію на ліпопротеїнових мембрани клітин і субклітинних структур in vitro супроводжується накопиченням перекисів ліпідів, що можна запобігти добавленіем- антиоксидантів (Спірічев та ін., 1968 Блажевич, 1968). Одночасно була встановлена здатність вітаміну Д2 індукувати пероксидацію ненасичених ліпідів в модельних системах in vitro. Ці дані давали підставу вважати, що порушення структурної цілісності та функціональної активності ліпопротеїнових мембран під дією вітаміну Д можуть бути обумовлені индуцируемой цим препаратом пероксидацію ненасичених ліпідів, що входять до складу мембран. Н. Б. Блажевич в експерименті на білих щурах показав, що у тварин з гіпервітамінозом Д зміст перекисів в різних тканинах значно вище в порівнянні з контролем. Освічені перекису ліпідів здатні самі викликати пошкодження клітинних і субклітинних мембран, інактивацію ряду ферментів, денатурацію білкових молекул, гальмувати клітинне ділення і т. Д.