Биологические функции фтора. Зависимость состояния зубов и костной системы от содержания фторидов в воде.

Фтор - 17-ый по распространению в природе химический элемент, на долю которого приходится 0,06 - 0,09% земной коры. Всемирной организацией здравоохранения фтор признан одним из 14 крайне важных для организма химических элементов. Биологические функции фтора сводятся к следующему:

1. Фторид-ионы участвуют в процессах минерализации и реминерализации твёрдых тканей зуба, костной ткани, положительно влияя на их структуру.

2. В составе фторапатитов ионы фтора увеличивают прочность эмали зуба и её кислоторезистентность.

3. Фториды обладают бактериостатическим эффектом, так как ингибируют ферменты кислотообразующих микробов полости рта.

4. Фториды стимулируют слюноотделение, активируют процесс преципитации апатитов смешанной слюны на эмали, повышая тем самым минерализующую функцию слюны.

5. Фториды способствуют снижению концентрации радионуклидов в минерализованных тканях, повышая тем самым устойчивость организма к радиации.

6. Фториды непосредственно участвуют в образовании секреторного иммуноглобулина А, повышая иммунную защиту тканей полости рта.

7. Фториды уплотняют ногти, волосы, эпидермис.

 

В чистом виде фтор - это газ жёлто-зелёного цвета. Высокая электроотрицательность фтора определяет его химическую активность, поэтому в природе он редко обнаруживается в элементарном состоянии. При комнатной температуре он соединяется со всеми химическими элементами, кроме кислорода и азота, а также с большинством органических соединений. Большая часть фторидов легко растворима в воде, однако, фториды лития, алюминия, стронция, бария, свинца, магния, кальция, марганца нерастворимы или плохо растворимы в воде. В быту иногда имеют место отравления фторидом натрия, поскольку этот химический препарат применяется для уничтожения насекомых, грибков, грызунов. Фторид кремния входит в состав выбросов промышленных предприятий. Монофторфосфат - синтетический препарат, который используется для производства зубных паст. Фторуксусная и фторолеиновая кислоты встречаются в 20 видах растений тропиков, листья которых ядовиты для животных. В верхних слоях почвы содержание фторидов обычно ниже, чем в нижележащих. Почвы способны накапливать фториды, поступающие из воздуха, с удобрениями и промышленными выбросами. В поверхностных пресных водах содержание фторидов обычно низкое, оно колеблется в пределах 0.01- 0,3 мг/л. В морской воде концентрация фторидов выше, чем в пресной (1,3 мг/л в среднем). Вода рек, озёр, артезианских скважин содержит не более 0,5 мг/л фторидов. В районах с высокой вулканической активностью содержится повышенное количество фторидов за счёт их естественного рассеивания. Много фтора в почве у подножия гор, а в высокогорных районах - мало.

Фториды поступают в организм в составе пищи, питья, с вдыхаемым воздухом и через кожу. К пищевым продуктам, богатым фторидами, относятся рыбные консервы, рыбный белковый концентрат, что обусловлено содержанием в них костей, богатых фторидами. В рыбном филе содержание фторидов значительно ниже, оно колеблется в пределах от 0,1 до 5 мг/кг, а в мясе - от 0,2 до 2,0 мг/кг. Содержание фторидов в зерновых культурах и овощах значительно ниже, чем в мясе. Петрушка, салат, капуста составляют исключение в этом отношении, т. к. содержат 1-7 мг/кг фторидов. Богаты фторидами чайные листья. Содержание фторидов в них колеблется от 3,2 до 400 мг/кг сухой массы. В настое чая содержится от 0,4 до 2,8 мг/л фторидов. В составе чая человек потребляет от 0,04 до 2,7 мг фторидов в день. В коровьем молоке содержание фторидов составляет 0,1 мг/л, в грудном-1мг/л. Заменители грудного молока содержат больше фторидов, чем грудное молоко.

В ходе эволюции живых существ природа не выработала каких-либо механизмов, контролирующих поступление фтора в организм и выведение его из организма. В желудочно-кишечном тракте всасывается около 70% фторидов, содержащихся в питьевой воде, и до 35% фторидов пищи. Не всосавшиеся в тонком кишечнике фториды выделяются с калом. Лекарственные препараты, понижающие кислотность желудочного сока и содержащие алюминий, уменьшают всасывание фтора на 30-40%. При наличии фтористого водорода во вдыхаемом воздухе он быстро всасывается в дыхательных путях. Фториды крови распределяются между плазмой и эритроцитами в соотношении 3:1 соответственно. Фториды присутствуют в крови, как в ионизированной форме, так и в связанном с белками (главным образом, альбуминами) состоянии. Концентрация фторидов в крови увеличивается при повышении их содержания в питьевой воде. Принято считать, что концентрация фторидов в плазме крови взрослых людей, выраженная в мкМ/л, численно равна их концентрации в питьевой воде, выраженной в мг/л, т.е. при оптимальном содержании фторидов в питьевой воде она колеблется в диапазоне 0,75-1,5 мкМ/л. Большая часть всосавшихся и поступивших в кровь фторидов переходит в минерализованные ткани, которые концентрируют до 99% общего содержания фторидов организма. Оставшаяся часть фтора (около 1%) распределяется между биологическими жидкостями и мягкими тканями. Общее содержание фторидов в минерализованных тканях может достигать 200-300 мг на 1кг их массы. Оно зависит от поступления фторидов в организм из внешней среды, от возраста и пола человека, а также от типа кости. У молодых организмов в костях откладывается больше фторидов, чем у старых, что связано с незавершённостью процесса минерализации в период роста скелета. Поскольку твёрдые ткани накапливают фтор в течение всей жизни, его общее содержание в костях увеличивается с возрастом. Губчатая кость содержит больше фторидов, чем компактная. Фторид-ионы внеклеточной жидкости быстро поглощаются твёрдыми тканями (период полупоглощения составляет 13 минут) и медленно освобождаются из них. Поглощение фторидов кристаллами гидроксиапатитов происходит в три стадии. На первой стадии фториды проникают в гидратную оболочку кристаллов гидроксиапатитов, на второй - происходит обмен между фторидами гидратной оболочки и гидроксильными группами на поверхности кристаллов. На третьей стадии часть фторидов может проникнуть в более глубокие слои кристалла гидроксиапатита. Высвобождение фторидов из минерализованных тканей происходит в 2 фазы. Первая - быстрая, длящаяся недели и включающая ионный обмен в гидратной оболочке. Вторая - медленная, со средним периодом полураспада около 8 лет, происходит за счёт остеокластной резорбции кости.

Концентрация фтора в твёрдых тканях зуба выше, чем в кости. Она наиболее высока в дентине, где содержание фторидов в 2-3 раза больше, чем в эмали. В области дентино-пульпарной границы концентрация фторидов достигает наибольших значений и постепенно убывает к эмалево-дентинной границе. В эмали зуба концентрация фторидов наиболее высока в поверхностном слое. Содержание фтора в зубах зависит от количества фтора в среде, окружающей зубной зачаток в период формирования зубов у эмбриона. От содержания фторидов в эмали зуба зависит её кислоторезистентность и устойчивость к развитию кариеса. Содержание фтора в тканях зуба коррелирует с его содержанием в биологических жидкостях: слюне, крови, межклеточной жидкости, что, в свою очередь, зависит от содержания фтора в питьевой воде - главном его источнике для организма.

В мягких тканях концентрация фторидов в норме не велика (менее 1 мг/кг сырой ткани) и находится в равновесии с концентрацией фторидов в плазме крови. Фториды могут накапливаться в участках эктопической кальцификации: в аорте, плаценте и др. Концентрация фторидов внутри клеток довольно постоянна и несколько ниже, чем в плазме и межклеточной жидкости. В секрете потовых желез содержание фторидов колеблется от 1 до 3мкМ/л, т.е. приближается к таковому в плазме крови. В ротовой жидкости концентрация фторидов несколько ниже, чем в плазме крови. От содержания фторидов в слюне во многом зависит интенсивность процесса минерализации эмали зуба. Большая часть фторидов слюны подвергается рециркуляции. Фториды проходят через плаценту, поэтому их концентрация в крови матери и плода в норме идентичны, однако, при выраженном повышении содержания фторидов в крови матери может проявляться частичный плацентарный барьер. Содержание фторидов в твёрдых тканях плода по мере его внутриутробного развития постепенно повышается.

Выведение фторидов из организма происходит, главным образом, через почки с мочой. У взрослых людей их суточная экскреция с мочой составляет 50% всех всосавшихся из пищеварительного тракта фторидов. Выведение фторидов с мочой возрастает при увеличении рН крови. Поэтому при отравлении фторидами рекомендуется поддерживать состояние алкалоза. Реабсорбция фторидов в почках, напротив, увеличивается в кислой среде. При повышенном поступлении фторидов в организм возрастает их выведение с мочой. Поэтому содержание фторидов в моче пропорционально их содержанию в питьевой воде. У взрослых людей, проживающих в районах с пониженным содержанием фтора в питьевой воде, уже через одну неделю после начала её фторирования, концентрация фтора в моче достигает 1мг/л организме детей в связи с активно происходящим процессом минерализации. У детей это происходит через несколько лет, что обусловлено задержкой фтора в твёрдых тканях. У пожилых людей повышенная экскреция фторидов с мочой может быть следствием резорбции костной ткани.

Основным источником фтора для организма человека является питьевая вода. При содержании фтора в питьевой воде менее 0,5мг/л значительная часть населения заболевает кариесом. Недостаточность фтора в организме проявляется также нарушением процесса минерализации костной ткани, снижением иммунитета. Избыточное содержание фтора в питьевой воде может также приводить к негативным последствиям, вплоть до развития патологических состояний. Прежде всего, при этом нарушается процесс минерализации твёрдых тканей, что приводит к флюорозу зубов и костей. Его начальные проявления отмечаются при употреблении питьевой воды с концентрацией фтора 2мг/л. Флюороз - это системное заболевание, первые признаки которого сводятся к появлению жёлто-коричневых пятен на эмали, поверхность эмали становится бугристой, края коронок зубов становятся как бы изъеденными, появляется повышенная ломкость зубов. Приведенные выше патологические симптомы обусловлены тем, что вместо фторсодержащих апатитов в минерализованных тканях откладывается фторид кальция, что отрицательно сказывается на структуре костей и зубов. Поступление большого количества фторидов в организм детей может приводить к гипоплазии эмали и дентина. Избыток фтора уплотняет поверхностный слой эмали зуба, ограничивая поступление в него кальция и фосфора и препятствуя тем самым процессу минерализации. Эмаль детей наиболее чувствительна к воздействию токсических доз фтора в период от одного до трёх лет после прорезывания зуба, т.к. прорезавшийся зуб является низко минерализованным, а избыток фтора ещё более ограничивает процесс его минеразизации. Поэтому в этот период необходимо применять зубные пасты с низким содержанием фтора или без него.

Высокие дозы фтора ингибируют многие ферменты, поэтому при выраженных формах флюороза в патологический процесс вовлекаются не только минерализованные ткани, но и центральная нервная система, желудочно-кишечный тракт, сердечно-сосудистая и эндокринная системы, появляются существенные сдвиги в иммунном статусе организма, снижается тонус мышц, нарушается кроветворение, ускоряются процессы физиологического старения. Особенно тяжело протекает острое отравление фторидами, которое проявляется неспецифической симптоматикой с выраженным нарушением функций центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта, почек, гипокальциемией вплоть до развтия шокового состояния.

Согласно данным Всемимрной Организации Здравоохранения имеется определённая зависимость между содержанием фтора в питьевой воде и характером заболеваемости населения в регионе:

1. При содержании фтора в воде менее 0,5 мг/л значительная часть населения заболевает кариесом.

2. При концентрации - 0,5-2,0 мг/л заболеваемость кариесом падает, но, начиная с 1,5 мг/л и выше, появляются первые признаки флюороза зубов.

3. При концентрации фтора в воде 2-3 мг/л дальнейшего снижения заболеваемости кариесом не происходит, но увеличивается число выраженных форм флюороза зубов.

4. При концентрации фтора в воде 4-6 мг/л возникает флюороз костей: нарушается минерализация костной ткани, происходит уплотнение костей таза, позвоночника, рёбер, прогрессируют симптомы флюороза зубов.

5. При концентрации фтора в воде более 6 мг/л на фоне приведенных выше патологических симптомов происходит угнетение белого ростка крови, иммунитета, функций щитовидной железы, сердечно - сосудистой системы, центральной нервной системы, кроветворения.

Таким образом, в диапазоне концентраций фтора в воде 0,7-1,5 мг/л никаких отрицательных воздействий на организм не отмечается. Это диапазон нормы. В условиях жаркого климата нормы содержания фтора в воде ниже приведенных цифр. Фторирование воды в районах с пониженным содержанием фтора ведёт к уменьшению заболеваемости кариесом уже через 2 - 3 года и тем более выраженному, чем меньше возраст человека. Фторируют также соль, молоко, жидкости для полоскания рта, зубные пасты, применяют фторлаки для обработки поверхности зубов. При повышенном содержании фтора в питьевой воде воду необходимо дефторировать, т.к. избыточное поступление фтора в организм вызывает ряд приведенных выше патологических реакций.

Следует иметь в виду, что отрицательное воздействие на организм могут оказывать только высокие дозы таких фторсодержащих соединений, которые в результате диссоциации могут высвобождать ионы фтора. Ковалентно связанный фтор в химических соединениях не только не токсичен, но и обладает особыми свойствами, представляющими интерес для медицинской практики. В частности, в качестве кровезаменителей применяются перфторуглероды. Это производные углеводородов, у которых все атомы водорода замещены на атомы фтора. Это негорючие, химически инертные соединения, не растворимые в воде, трудно растворимые в органических растворителях, устойчивые к действию кислот, щелочей, окислителей. Благодаря аномально высокой способности растворять кислород и углекислый газ, перфторуглероды нашли применение в медицине, как высоко эффективные газопереносящие кровезаменители. Примерами применяющихся в настоящее время фторсодержащих кровезаменителей являются перфукол, перфторан, перфтордекалин.