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A obesidade tem sido associada à deficiência de vitamina D (VD) e ao baixo nível de cálcio (CAL). Na última década, a suplementação dietética de vitamina D e cálcio (VD-CAL) tem sido extensivamente estudada em experimentos com animais e em estudos humanos. No entanto, os mecanismos fisiológicos permanecem desconhecidos para saber se o eixo VD-CAL melhora a homeostase e reduz os biomarcadores na regulação da obesidade e outras doenças metabólicas, direta ou indiretamente. Esta revisão procurou investigar suas conexões. Este tema foi examinado em bases de dados científicas como Web of Science, Scopus e PubMed de 2011 a 2021, e 87 artigos foram gerados para interpretação. Mecanisticamente, o VD-CAL regula desde os órgãos até o sangue, influenciando a insulina, lipídios, hormônios, células e funções inflamatórias na obesidade e suas comorbidades, como doença hepática gordurosa não alcoólica, doença cardiovascular e diabetes mellitus tipo 2. No entanto, pesquisas anteriores não demonstraram consistentemente que a suplementação simultânea de VD-CAL afeta a perda de peso ou reduz o teor de gordura. Esta discrepância pode ser influenciada pela idade e diversidade da população, etnia e localização geográfica, e também pelo grau de obesidade e doses aplicadas. Portanto, uma coorte prospectiva maior e ensaios randomizados são necessários para determinar o papel exato do VD-CAL e sua inter-relação.