Чем опасен фтор в воде? Удаление фтора в домашних условиях: что нужно знать
Авторы статьи исходили из гипотезы негативного влияния пониженного содержания фтора на возникновения кариеса у детей. В статье выполнен обзор современных научных данных о значении фтора в формировании кариеса зубов, о классификации природных вод, в том числе для питьевого водоснабжения. В материале описаны вероятные механизмы превращения фтора в организме.
Состояние проблемы
Здоровье населения находится в прямой зависимости от состава природных вод в источниках, из которых осуществляется регулярное водоснабжение данной территории. Ежедневно человек употребляет 1,5−2,5 литра воды, которая не должна, в идеале, содержать никаких вредных примесей, негативно воздействующих на здоровье человека. В то же время, питьевая вода должна содержать достаточное количество микроэлементов, участвующих в обменных процессах человека .
В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, состав и соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. Большое влияние на состав природных вод, как поверхностных, так и подземных, оказывает техногенное загрязнение.
Вода с повышенной минерализацией влияет на секреторную деятельность желудка, нарушает водно-солевое равновесие, в результате чего наступает рассогласование многих метаболических и биохимических процессов в организме. Систематическое употребление дистиллированной и мало минерализованной воды вызывает нарушение водно-солевого равновесия, в основе которого лежит реакция осморецептивного поля печени, выражающаяся в повышенном выбросе натрия в кровь. В результате происходит перераспределение воды между внеклеточной и внутриклеточной жидкостями. В эксперименте на лабораторных животных и добровольцах установлено, что нижним пределом минерализации, при котором гомеостаз организма поддерживается адаптивными реакциями, является пустой остаток в 100 мг/л, оптимальный уровень минерализации питьевой воды находится в диапазоне 200−400 мг/л, магния – 10 мг/л
Повышенная жесткость воды может быть одним из этиологических факторов в развитии уролитиаза, слишком низкое содержание солей жесткости способствует развитию сердечно-сосудистых заболеваний. Это основывается на данных многих исследований . Содержание фтора в природных и питьевых водах составляет особую проблему. Фтор широко распространен в природе. Его содержание в земной коре 0,01%. Чаще всего фтор встречается в виде фторидов с металлами. Много фтора содержат некоторые слюды, лепидолит, турмалин, фосфорит, фторапатит, гранит, и т.
Фтор относится к веществам, способным изоморфно включаться (в низких концентрациях) в состав апатита, образуя более прочные его аналоги. Фтор замещает гидроксильную группу в молекуле гидроксиапатита, превращая его во фторапатит, который более устойчив к воздействию кислот. Атмосферные осадки, воды тающих снегов, проникая в глубокие слои земли, вымывают различные слои. В тех местах, где почва богата соединениями фтора, происходит обогащение его солями. Поэтому чаще подземные воды более богаты фтором, чем воды рек, озер, колодцев .
1) Очень низкая концентрации – до 0,3 мг/л, при которой заболеваемость населения кариесом зубов в 3−4 раза больше, чем при оптимальной концентрации фтора; у детей наблюдается задержка окостенения и дефекты минерализации костей. Пятнистость эмали зубов первой степени может наблюдаться у 1−3% населения.
2) Низкая концентрация фтора – 0,3−0,7 мг/л – флюороз первой степени у 3−5% населения.
3) Оптимальная концентрация фтора – 0,7−1,1 мг/л – заболеваемость кариесом близка к минимальной.
4) Повышенная, но еще допустимая концентрация фтора – 1,1 – 1,5 мг/л 0 флюороз у 2% людей.
5) Выше предельно допустимой – 1,5 – 2 мг/л – флюороз у 30% населения.
6) Высокая концентрация фтора – 2−6 мг/л – до 80% населения страдает флюорозом в эндемическом районе (Патрикеев В.К.).
7) Очень высокая концентрация фтора – 6−15 мг/л – заболеваемость кариесом зубов значительно больше минимальной. До 80−100% населения поражено флюорозом с преобладанием тяжелых форм. Значительно увеличены стираемость и ломкость зубов. У детей часто наблюдаются нарушения в развитии и минерализации костей, у взрослых – остеосклероз костей.
В отношении механизма действия фтора на зубы до настоящего времени имеются лишь отдельные предположения. Одни авторы считают, что фтор, являясь ферментативным ядом, снижает активность фермента фосфатазы, связывает в организме соли кальция, которые затем выводятся почками и потовыми железами. В результате объединения организма солями кальция происходит нарушение минерализации эмали зубов . По мнению других исследователей (и это более обоснованное представление), при повышенном содержании фтора в питьевой воде изменения в тканях зубов возникают в результате токсического действия фтора, как одного из наиболее активных элементов, на энамелобласты во время развития эмали, в результате чего нарушаются процессы ее формирования и обызвествления . При оптимальном содержании фтор способствует более интенсивному включению кальция в обызвествленные ткани организма. Вступая в реакцию с кристаллами гидроксиапатита эмали, фтор образует соединения, более устойчивые к воздействию кислот, уменьшает проницаемость эмали зубов, укрепляя микрокристаллическую решетку эмали. Фтор обладает бактерицидным действием, снижая ферментативную активность (кислотообразующую) микробов. Недостаток фтора в рационе питания способствует развитию кариеса, т.к. нарушается связь между органическими (белковыми) и неорганическими (известковыми элементами эмали и дентина зубов .
Многочисленные клинические наблюдения свидетельствуют о том, что кариес у детей наиболее интенсивно развивается в первые годы после прорезывания зуба, что совпадает с периодом незрелой эмали. Минерализация обеспечивается высокой степенью проницаемости эмали незрелых зубов (в течение года после прорезывания зуба).
В процессе созревания в эмаль поступают ионы кальция и фосфора, которые накапливаются во всех слоях эмали, особенно в поверхностном. Образуется высокополимеризованный слой толщиной до трех микронов, который характеризуется высокой устойчивостью к действию кислот. Если в это время фтора в эмаль поступает достаточно, то увеличивается содержание фторапатитов. Устойчивость эмали к развитию кариеса зубов повышается. До прорезывания зуба фтор поступает в эмаль из сыворотки крови, а после прорезывания еще и из слюны. включение фтора в эмаль из слюны доказано научно. Фтор регулирует процесс поглощения кальция твердыми тканями зуба. Скорость минерализации в присутствии фтора значительно возрастает. Даже при такой низкой концентрации фтора как 1:1000 скорость минерализации возрастает в 3−5 раз.
Для эндогенной (внутренней) профилактики и экзогенной (наружной) профилактики кариеса применяются соли фтора: фтористый натрий, фториды олова, свинца, цинка, меди, серебра, железа, циркония, сурьмяно-фтористый натрий и калий, фтористый аммоний, тетрафторид титана, аминофториды, монофторфосфат натрия, фторированные ксилит и сорбит .
Собственные исследования
Город Чайковский расположен на юге Пермского края на реке Каме в зоне подпора Воткинского водохранилища. По данным филиала центра гигиены и эпидемиологии в г. Чайковском на 2005 г. в реке Касса при заборе воды выше очистных сооружений концентрация фтора в воде соответствует оптимальному уровню, pH ближе к нейтральному, а жесткость воды превышает показатели в артезианских скважинах в 3 раза. Имеется превышение содержания тяжелых металлов (марганец, медь, цинк, железо и алюминий). Причем в прежние годы была возможность брать воду на анализ лишь с поверхности водоема. Теперь оснащение лаборатории отдела экологии и природопользования позволяет провести исследование всей толщи воды. Индекс загрязненности водоемов является самым низким по всей Пермской области: воду можно отнести к третьему классу (уровень умеренного загрязнения). Если на протяжении ряда лет по тяжелым металлам были превышения ПДК до 50−70 раз (например, по марганцу), то в последние годы эти показатели на много снизились – до 12−13, т.к. ужесточается контроль по сбросу сточных вод.
Для среднего Урала, где расположен г. Чайковский Пермской области, норма фтора в питьевой воде составляет 1,0−1,5 мг/л. В скважинах города концентрация фтора в воде различна. Так в скважинах микрорайона Уральский (школа № 6) на 2005 год концентрация фтора составляет 0,15 мг/л, что по классификации соответствует очень низкому уровню. В скважине у хлебокомбината на сегодняшний день концентрация фтора в воде также не соответствует норме. В скважинах г. Чайковского, обеспечивающих питьевое водоснабжение города, вода имеет пониженную жесткость: в среднем от 0,15 до 0,9 мг-экв/л, максимум – 3,45 мг экв/л (в скважине Завокзального района) при норме 7 мг-экв/л. Соответственно, как указывалось ранее, существует риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний.
Водородный показатель (рН) воды города превышает допустимую норму и только в скважине Завокзального района рН соответствует норме.
В воде почти всех скважин города присутствуют азотосодержащие вещества органического происхождения. Регистрируются разовые нарушения гигиенических нормативов по сухому остатку и уровню фтора.
Детский возраст лучше всего подходит, чтобы использовать способность к подражанию и в игровой форме стимулировать заботу о здоровье своих зубов и десен. Путем постоянного повторения и тренировок можно в течение школьных лет сформировать у детей осознание необходимости постоянно заботиться о своем здоровье.
В раннем детстве ребенок наиболее обучаем, так как копирует поведение родителей и воспитателей. В школьные годы организм интенсивно растет. В этом возрасте завершается созревание эмали постоянных зубов. С 11 до 15 лет завершается формирование прикуса. Стоматологи относят подростков к группе риска, требующей повышенного внимания при планировании профилактических мероприятий: уроков здоровья в школах.
Фтор оказывает как позитивное, так и негативное влияние на здоровье человека. С точки зрения здоровья полости рта, частота стоматологических заболеваний обратно пропорциональна концентрации фтора в питьевой воде; существует также связь между концентрацией фтора в воде и флюорозом. С точки зрения здоровья вообще в регионах, где концентрации фтора высоки и в воде и в пищевых продуктах, случаи скелетного флюороза и переломы костей – распространенное явление. Тем не менее, есть и другие источники фтора. Обессоливание и обработка воды с помощью мембран и анионообменных смол удаляют из воды практически весь фтор. Использование такой воды в питьевых целях, значение для здоровья общества сильно зависит от конкретных обстоятельств. Основное задача – усилить положительный эффект присутствия фтора в питьевой воде (защита от кариеса), при этом снизив до минимума нежелательные проблемы полости рта и здоровья в целом.
Этиология заболеваний полости рта включает взаимодействие бактерий и простых сахаров (например, сахароза) на поверхности зуба. В отсутствии таких сахаров в продуктах питания и напитках кариес перестанет быть значимой проблемой. Однако проблема будет существовать при высоком потреблении сахара до тех пор, пока не будет сделан верный ход в ее решении. Удаление фтора из питьевой воды может потенциально обострить существующую или развивающуюся проблему заболеваний полости рта.
Поступление фтора в организм человека
Фтор достаточно широко распространен в литосфере; часто встречается в виде плавикового шпата, фторапатита и криолита и занимает 13-е место по распространенности на земном шаре. Фтор присутствует в морской воде в концентрации 1,2-1,4 мг/л, в грунтовых водах – до 67 мг/л и в поверхностных водах – 0,1 мг/л. Также фтор обнаружен в продуктах питания, в частности, в рыбе и чае.
В то время, как большинство пищевых продуктов содержит следы фтора, вода и немолочные напитки являются основными источниками поглощаемого фтора, обеспечивая от 66 до 80 % поступления у взрослых жителей США в зависимости от содержания фтора в питьевой воде.
Дополнительными источниками фтора являются зубная паста (особенно это касается маленьких детей, которые заглатывают большую часть пасты), чай – в тех регионах, где чаепитие является устоявшейся традицией, уголь (при вдыхании) в некоторых регионах Китая, где дома топят углем с очень высоким содержанием фтора. Абсорбция заглатываемого фтора происходит в желудке и тонком кишечнике.
По большей части фтор, изначально содержащийся в воде или добавленный, содержится там в виде свободного фторид-иона. Жесткость воды 0-500 мг/л (в пересчете на СаСО 3) влияет на ионную диссоциацию, что в свою очередь незначительно изменяет биодоступность фтора. Абсорбция обычной дозы фтора меняется от 100 % (на пустой желудок) до 60 % (завтрак, богатый кальцием).
Влияние фтора, поступающего с продуктами питания и напитками на состояние полости рта
Влияние фтора, естественно присутствующего в питьевой воде, на состояние полости рта рассматривалось в 30-40-е годы Трендли Дином и его коллегами из службы Общественного здоровья США. Был проведен ряд исследований на всей территории США; исследования показали, что при росте содержания естественного фтора в воде повышалась вероятность заболеваний флюорозом и понижалась — кариесом. Кроме того, на основе полученных Дином результатов можно было предположить, что при концентрации 1 мг/л частота, серьезность и косметический эффект флюороза не являются социально значимой проблемой, а сопротивляемость кариесу возрастает существенно.
При анализе этих фактов возникает закономерный вопрос: позволит ли искусственное фторирование питьевой воды повторить эффект? Первое исследование на эту тему проводилось в Гранд Рапидс под руководством USPHS в 1945 г. Результаты, полученные за 6 лет фторирования воды, были опубликованы в 1953 г. Дополнительные исследования были проведены в 1945-46 гг. в Иллинойсе (США) и Онтарио (Канада).
Также этой проблемой занимались ученые в Нидерландах, Новой Зеландии, Объединенном Королевстве (1955-1956) и Восточной Германии. Результаты оказались сходными: было отмечено снижение числа случаев заболеваний кариесом. После опубликования результатов фторирование воды стало распространенной мерой укрепления здоровья на общественном уровне. Оптимальная концентрация фтора, в зависимости от климатических условий, составляет 0,5-1,0 мг/л. Приблизительно 355 млн. человек во всем мире пьют искусственно фторированную воду. Дополнительно около 50 млн. человек употребляют воду, содержащую натуральный фтор в концентрации около 1 мг/л. В некоторых странах, в частности в отдельных районах Индии, Африки и Китая вода может содержать естественный фтор в довольно высоких концентрациях, выше 1,5 мг/л, нормы, установленной Руководством по качеству питьевой воды ВОЗ.
Многие страны, которые ввели искусственное обогащение воды фтором, продолжают следить за частотой возникновения кариеса и флюорозов, используя поперечную случайную выборку детей от 5 до 15 лет. Примером мониторинга может служить отчет о состоянии полости рта у детей в Ирландии (в основном фторированная вода) и севера Ирландии (нефторированная).
Количество пораженных, отсутствующих и залеченных зубов у детей, проживающих в разных регионах Ирландии с фторированной и нефторированной водой (НФ), а также в Северной Ирландии (СИ)
Употребляемый фтор и здоровье
Влияние поглощаемого фтора на здоровье рассматривалось Мултоном в 1942 г., что предшествовало исследованию, проведенному Гранд Рапидс; с тех пор проблемой постоянно занимается ряд организаций и отдельных ученых. Позднее IPCS провела детальный обзор по фтору и его влиянию на здоровье. Исследования и обзоры были сконцентрированы на переломах костей, флюорозах скелета, онкологических заболеваниях и отклонениях у новорожденных, однако затрагивали и другие отклонения, возможно вызванные или усугубленные фторированием. Никаких подтверждений и неблагоприятных эффектов при употреблении воды, содержащей естественный или добавленный фтор в концентрациях 0,5 – 1 мг/л обнаружено не было, кроме случаев флюорозов полости рта, описанных выше. Кроме того, исследования в тех районах США, где содержание естественного фтора достигает 8 мг/л, не показали каких-либо неблагоприятных последствий употребления такой воды. При этом есть данные из Индии и Китая, где повышенный риск переломов костей является результатом долгосрочного употребления большого количества фтора (суммарное поступление 14 мг/день) и предположение, что риск переломов возникает уже при поступлении свыше 6 мг/день.
Институт медицины Национальной Академии наук США дает рекомендуемую суммарную дозу употребления фтора 0,05 мг/кг массы тела человека, аргументируя это тем, что прием такого количества фтора максимально снижает риск заболеваний кариесом у населения, при этом не провоцируя побочных отрицательных эффектов (например, флюороз). Агентство по защите окружающей среды США максимально допустимой концентрацией (не вызывающей скелетных флюорозов) считает 4 мг/л, а величину 2 мг/л — не вызывающей флюорозов полости рта. Руководство по качеству питьевой воды ВОЗ рекомендует 1,5 мг/л. ВОЗ подчеркивает, что при разработке национальных стандартов нужно учитывать климатические условия, объем потребления, поступление фтора из других источников (вода, воздух). ВОЗ отмечает, что в регионах с естественно высоким содержанием фтора трудно достигнуть соответствия потребляемого населением количества рекомендуемой величине
Фтор не является элементом, связанным в костных тканях необратимо. В период роста скелета относительно большая часть фтора, поступающего в организм, накапливается в костной ткани. «Баланс» фтора в организме, т.е. разница между поступающим и выделяющимся количеством может быть положительным или отрицательным. При поступлении фтора из материнского и коровьего молока содержание его в биологических жидкостях очень низкое (0,005 мг/л), а выделение с мочой превышает поступление в организм, при этом наблюдается отрицательный баланс. Фтор попадает в организм грудных детей в очень малых количествах, поэтому из костной ткани он выделяется во внеклеточные жидкости и покидает организм с мочой, что приводит к отрицательному балансу. Ситуация со взрослым населением противоположна – около 50 % фтора, поступающего в организм, депонируется в костной ткани, оставшееся количество покидает организм через систему выделения. Так, фтор может выделяться из костной ткани медленно, но на протяжении длительного периода. Такое соотношение возможно благодаря тому, что кость не является застывшей структурой, а формируется постоянно из питательных веществ, поступающих в организм.
Значение обессоливания
Обессоливание удаляет фактически весь фтор из морской воды, поэтому если воду на выходе не подвергнуть реминерализации, она будет содержать явно недостаточное количество фтора и других минералов. Многие натуральные питьевые воды изначально бедны минеральными веществами, в том числе фтором. Значение этого факта для здоровья общества определяется балансом пользы и риска.
При сравнении жителей разных континентов и внутри континента видна существенная разница заболеваемости. ВОЗ рекомендовала ввести индекс DMFT, который определяется у детей 12-летнего возраста (сюда включено количество пораженных, отсутствующих и залеченных зубов) в качестве наиболее подходящего индикатора; в базе данных ВОЗ по состоянию полости рта имеется расширенная информация. Этиология кариеса включает фактор взаимодействия бактерий и простых сахаров, поступающих с продуктами питания. При отсутствии сахара в напитках и продуктах питания эта проблема стала бы незначительной. При данных обстоятельствах задачей здравоохранения является предотвращение вредного воздействия избыточных концентраций фтора в воде.
Тем не менее, когда риск заболеваний кариесом высок, эффект удаления фтора из централизованной системы питьевого водоснабжения будет комплексным. В Скандинавских странах, где гигиена полости рта находится на высоком уровне и широко используются альтернативные источники фтора (например, зубная паста), практика безвозвратного удаления фтора из питьевой воды может не иметь особых последствий. С другой стороны, в некоторых развивающихся странах, где гигиена полости рта находится на достаточно низком уровне, фторирование воды в количестве 0,5-1 мг/л остается важной задачей общественного значения. Есть также страны, где наблюдается смешанная ситуация. В частности, на юге Англии заболеваемость находится под контролем и без искусственного фторирования воды; в других регионах, на северо-западе Англии, уровень заболеваемости выше и фторирование воды является важной мерой.
Выводы
Значение использования деминерализованной воды, необогащенной впоследствии фтором, зависит от:
- концентрации фтора в питьевой воде конкретного источника;
- климатических условий и объема потребляемой воды;
- риска заболеваний кариесом (например, употребление сахара);
- уровня знаний о проблемах полости рта в обществе и доступности альтернативных источников фтора для населения конкретного региона.
Тем не менее, необходимо решить вопрос общего поступления из других источников и установления разумной нижней границы употребления фтора для предотвращения его потери костной тканью.
Текст процитирован из доклада Всемирной организации здравоохранения "Нутриенты в питьевой воде".
Фтор (F 2) класс опасности - 2
Газ бледно-желтого цвета с резким характерным запахом, похожим на смесь запахов хлора и озона. Тяжелее воздуха. Реагирует с водой, образуя плавиковую кислоту. С органическими веществами реагирует бурно (возможно воспламенение). Затвердеваетпритемпературе- 219,7 0 С ,притемпературе -188,2 0 С сжижается. Является сильным окислителем, вызывает горение, взрывоопасен .
Фтор используется в производстве фторорганических соединений в качестве фторирующего агента.
Фтор перевозят в сжиженном состоянии в контейнерах, железно-дорожных цистернах, баллонах, которые являются временным его хранилищем. Обычно фтор хранят в сжиженном состоянии в наземных горизонтальных цилиндрических (объёмом 10-250 м 3) и шаровых (объёмом 600-2000 м 3) резервуарах под давлением собственных паров 18 кгс/см 2 .
Предельно допустимая концентрация (ПДК) фтора в воздухе рабочей зоны производственных помещений 0,15 мг/м 3 , в воде водоемов 1,5 мг/л, в почве 2,8 мг/кг. По действию на организм относится к АХОВ раздражающего действия. Вызывает некроз тканей, отек легких, поражает печень и почки. Поражающая токсодоза 0,2 мг∙мин/л.Концентрация 77 мг/м 3 – непереносима: вызывает сильное раздражение верхних дыхательных путей, концентрация 39 мг/м 3 переносится в течение 5 минут. Тяжелые отравления возникают в результате передозировки фтора в питьевой воде.
При ликвидации аварий с выбросом (проливом) фтора изолировать опасную зону в радиусе не менее 400 м, удалить из нее людей, держаться наветренной стороны, избегать низких мест, соблюдать меры пожарной безопасности, не курить. В опасную зону входить в изолирующих противогазах или дыхательных аппаратах (ИП-4М, ИП-5,ИП-6, КИП-8, АИР-324, АИР-317, ИВА-24М, АП-96, АСВ-2) и средствах защиты кожи (костюм Л-1, ОЗК, КИХ-4, КИХ-5, «КАИС» ). На удалении от источника химического заражения более 400 м средства защиты кожи можно не использовать, а для защиты органов дыхания используют фильтрующие промышленные противогазы с коробкой марки В , гражданские и детские противогазы ГП-5, ГП-7, ПДФ-2Д, ПДФ-2Ш с дополнительными патронами ДПГ-3, ДПГ-1.
Наличие фтора и паров фтора определяют:
В воздухе промышленной зоны:
- газосигнализатором фтора и паров фтора ХОББИТ- F (H F )
- мини-экспресс-лабораториейМЭЛ с диапазоном измерений до 100 мг/м 3 ;
- лабораторией для комплексного экологического контроля объектов окружаю-щей среды «Пчелка-Р».
На открытом пространстве: п риборами СИП «КОРСАР-Х»
В закрытом помещении: п риборами СИП «ВЕГА-М »
Нейтрализуют фтор (сжиженный газ):
10%-ным водным раствором щелочи (например, 100 кг едкого натра и 900 л воды) с нормойрасхода: 10 тонн раствора на 1 тонну сжиженного фтора;
Водой с нормой расхода: 500 тонн воды на 1 тонну сжиженного фтора.
Для осаждения паров использовать распыленную воду.
При пожаре тушить большим количеством распыленной воды с максимально возможного расстояния.
Для распыления воды и растворов применяют поливомоечные и пожарные машины, авторазливочные станции (ПМ-130, АЦ, АРС-14, АРС-15), мотопомпы (МП-800), а также имеющиеся на химически опасных объектах гидранты и спецсистемы.
Место разлива засыпают активным углем или углем катализатором, обрабатывают 10%-ным водным раствором щелочи или водой. Для утилизации загрязненного грунта на месте разлива срезают поверхностный слой грунта на глубину загрязнения, собирают и вывозят на утилизацию с помощью землеройно-транспортных машин (бульдозеров, скреперов, автогрейдеров, самосвалов). Места срезов засыпают свежим слоем грунта, промывают водой в контрольных целях.
Действия руководителя: изолировать опасную зону, удалить из нее людей, держаться наветренной стороны, избегать низких мест, соблюдать меры пожарной безопасности, не курить, в зону химического заражения входить только в полной защитной одежде.
Оказание первой медицинской помощи :
В зараженной зоне: обильное промывание глаз водой, надевание на пострадавшего противогаза, эвакуация из зоны заражения на носилках или транспортом.
После эвакуации из зараженной зоны: промывание глаз водой или 2%-ным раствором соды ; обработка пораженных участков кожи водой, мыльным раствором; покой; немедленная эвакуация в лечебное учреждение. Ингаляции кислорода не проводить.
Городской совет Нью-Йорка поставил под сомнение необходимость добавления фтора в питьевую воду. Несмотря на то, что это помогает значительно снизить уровень заболеваемости кариесом, некоторые эксперты, в том числе, российские считают, что потребление слишком большого количества фтора может ухудшить состояние зубов и костей
В воду, используемую для питья жителями Нью-Йорка, добавляют фтор уже четыре десятилетия, тем не менее, городской совет Нью-Йорка начал кампанию по прекращению такой практики. «Это вынужденная правительственная мера,- заявил член городского совета Питер Валлоне, Квинс, который намерен поднять этот вопрос и включить в законодательство пункт о запрете использования фтора.- Что будет дальше? Если правительство решит, что жители находятся в подавленном состоянии, то станут добавлять антидепрессанты в нашу питьевую воду?»
Centers for Disease Control (CDC) приветствуют добавление фтора в воду для питья и считают такую меру одним из 10 величайших достижений в сфере здравоохранения XX века, так как это помогает значительно снизить уровень заболеваемости кариесом, особенно у людей, которые не могут часто посещать стоматолога. CDC в качестве аргумента приводят исследования, показывающие, что фторид безопасен, если его добавлять в небольшой концентрации в систему городского водоснабжения.
Но критики обеспокоены новыми исследованиями, результаты которых дают основание полагать, что потребление слишком большого количества фтора может ухудшить состояние зубов и костей. Такие исследования побудили группу ученых, сформированную Национальной Академией Наук (США), рекомендовать в 2006 году, чтобы Общество по охране окружающей среды США снизило допустимую норму содержания фтора в питьевой воде, и в настоящее время оптимальным содержанием фтора в воде является до 4 мг минеральных добавок на литр. В воду Нью-Йорка добавляется около 1 мг на литр- такой уровень большинство ученых считает безопасным.
Город тратит около $7 млн в год на добавление фтора в используемую воду, но Департамент здравоохранения считает, что этим оказывает помощь налогоплательщикам в экономии миллионов, которые в противном случае им пришлось бы потратить на лечение зубов.
Как же влияет на организм человека фтор в воде? По мнению Вадима Алтаева, к.т.н, председателя Правления Евразийского Альянса Бутилированных вод: «Действительно, существуют многочисленные доказательства влияния фторидов в питьевой воде на заболевание кариесом. При этом оптимальной считается концентрация фторидов не ниже 0,5 и не выше 1,5 мг/л. Поэтому фторирование питьевой воды является эффективной профилактической мерой.»
«Но, - считает Вадим Алтаев, - все не так просто. В последние годы появилось много пищевых продуктов, обогащенных фтором. Фторируются поваренная соль, зубная паста. Многие пищевые добавки также содержат заметные количества фтора. Одновременное потребление таких продуктов вместе с фторированной питевой водой может нанести очевидный вред. Известно, например, что длительное потребление питьевой воды, содержание фторидов в которой превышает 2 мг/л, представляет не меньшую опасность, поскольку избыток фторидов может привести к флюорозу.»
В нашей стране концентрация фтора в используемых для питья водных источниках, как правило, ниже предельно допустимой. Вода открытых водоемов (рек, ручьев, ключей, озер) содержит менее 0,5 мг/л фтора. Лишь в двух крупных регионах (Подмосковном - Тверская, Московская и Рязанская области и Уральском - Свердловская и Челябинская области) подземные воды содержат повышенное количество фтора - до 4,4 мг/л.
Эти данные способствовали разработке и посильному внедрению программы фторизации в России (и в странах СНГ). Однако отсутствие современного технологического оборудования не позволило охватить к настоящему времени все население страны фторированной питьевой водой. Сейчас оправданность этой программы специалистам представляется спорной. Почему? Ведь, с одной стороны, определенные статистические данные, а также возможность с помощью фторированной воды уменьшить заболеваемость населения кариесом зубов свидетельствуют о необходимости широкого внедрения и распространения данного мероприятия. Но, с другой стороны, как показывают исследования, с учетом других источников фтор, поступающий в организм с питьевой водой, может оказаться избыточным и стать причиной серьезных заболеваний. Кроме того фторирование питьевой воды оказывает негативное экологическое воздействие на объекты окружающей среды, ибо основное количество фторсодержащих реагентов со стоками попадает в природные водоемы, а данных по долговременному действию повышенных количеств фтора на флору и фауну пока недостаточно.
Фтор в природных водах
Фтор будучи довольно распространенным, в свободном состоянии в природе практически не обнаруживается. Обладая наибольшей из всех элементов электроотрицательностью и реакционной способностью, он легко соединяется при обычной или повышенной температуре почти со всеми элементами.
В природе фтор обычно находится в виде соединений, главным образом с кальцием и алюминием. Наиболее широко распространенным и основным промышленным источником фтора является плавиковый шпат - флюорит CaF2 (содержание фтора 48,7%). Крупные месторождения его находятся в России (Забайкалье, Ненецкий автономный округ и др.), Таджикистане, Казахстане, США, Мексике и других странах.
В природных водах наличие фтора обусловлено легкой растворимостью некоторых фторсодержащих соединений, при этом концентрация фторид-ионов в зависимости от гидрогеохимических и физико-химических условий колеблется от 0,01 до 50 - 100 мг/л.
Обычно подземные воды (артезианские, колодезные) богаче фторид-ионами, что связано с такими факторами, как геологические, химические и физические характеристики района водоснабжения, консистенции почвы, пористости пород, рН, температуры, комплексо- образующего действия других элементов и глубины источников. Наибольшее содержание фторидов (выше 25 мг/л) установлено в подземных водах Индии, Кении, Южной Америки. В количестве выше 1,5 мг/л фторид-ионы определяются в 67 - 97,5% подземных источников Белоруссии, 68 - 80% - России и во многих источниках Молдавии. Менее 0,5 мг/л содержится фторидов в 60 - 67% подземных источников Украины.
Обычно в поверхностных водах, менее подверженных влиянию фтор-содержащих пород, концентрация фторид-ионов составляет 0,01 - 0,3 мг/л, в открытых водоемах Азербайджана - 3,6, а в некоторых водоемах Казахстана - 11 мг/л.
Общее количество фтора, потребляемое взрослым человеком в сутки, зависит от содержания его в пищевых продуктах, питьевой воде, атмосферном воздухе. При этом в определенных случаях должны быть учтены различные факторы. Так, при профессиональном воздействии, когда содержание фторидов в воздухе производственного помещения составляет 1 - 2 мг/ м3, суточное количество ингалированных фторидов может достигать 10 - 25 мг.
Климат обусловливает различное потребление питьевой воды, в этом случае важное значение приобретает содержание в ней фторидов. Дополнительное количество фтора человек получает из фторированной зубной пасты (или порошка), зубных эликсиров, жевательной резинки или лекарственных средств. За одну процедуру чистки зубов фторированной зубной пастой может происходить поглощение 50 мкг фтора, а при полоскании зубным эликсиром - до 2 мг. В отдельных случаях суточное количество поступающего в организм фтора увеличивается за счет приема фторсодержащих лекарственных препаратов.Рассмотрим роль фтора в функционирующем организме.
Роль фтора в жизнедеятельности организма
Фтор, поступая в организм человека в виде солей, в зависимости от их растворимости, может полностью (с питьевой водой) или частично (с пищевыми продуктами) поглощаться в желудочно-кишечном тракте, распределяясь с кровью по всему организму. До 50% поглощенного фтора распределяется локализованно преимущественно в костном скелете и зубах. Остальной фтор в составе солей, а также постепенно высвобождающийся из костей, выводится из организма. Выявлено, что в растущем организме фтор в костной ткани откладывается в значительно большем количестве, чем в зрелом, а выводится - наоборот. Другим кумулятивным органом является аорта, где фтор накапливается в форме соединений с кальцием, особенно при выраженном атеросклерозе - кальцинозе аорты.
Временное накопление фтора в костях обусловлено особым сродством фтора к кальцинированным тканям. Установлено, что фторид-ионы поглощаются костной тканью за счет замещения гидроксильных ионов в костном апатите, проникая в его кристаллы посредством ионного обмена и рекристаллизации.
Образующийся фторапатит менее растворим в кислотной среде (например, в полости рта), а потому более устойчив к процессу разрушения. Таким образом, определена важнейшая роль фтора, заключающаяся в уменьшении костной резорбции. Не менее важна роль фтора в минерализации и образовании новой кости, ибо доказано, что в отсутствии фтора кристаллы гидроксиапатита не возникают.
Количество присутствующих в костях фторидов зависит от ряда факторов, возраст (вплоть до 55 лет количество фтора в костях и зубах увеличивается), пол, тип кости (губчатая кость содержит больше фтора, чем компактная), характера отдельных ее частей (биологически активные поверхности поглощают больше фтора). Возрастной диапазон содержания фтора в костях составляет 100 - 9700 мг/кг, в зубах - 90 - 16000 мг/кг. Содержание фтора в различных слоях эмали зубов также неодинаково, наиболее высокое - в поверхностных (толщиной до 100 мкм), постепенно оно снижается до постоянного уровня в более глубоких слоях.
Фтор может высвобождаться из костей, о чем свидетельствует появление его в моче после прекращения воздействия фторидов. Полагают, что этот процесс может быть быстрым (недели) - ионный процесс, протекающий в гидратной оболочке, и длительным (со средним полупериодом 8 лет) - вследствие резорбции костей. Деминерализация и реминерализация с участием иона фтора постоянно протекает на поверхности зубов.
Биогенная роль фтора определяется образованием комплексных соединений с кальцием, магнием и другими элементами - активаторами ферментных систем; он участвует в витаминном обмене; в связи с большей по сравнению с иодом химической активностью, фтор может быть конкурентом иода в синтезе гормонов щитовидной железы и таким образом влиять на ее функцию. По своему воздействию на организм человека фтор отличается от других следовых элементов тем, что может продуцировать как полезные, так и вредные физиологические эффекты.
Исследования показали, что фторид-ион является ингибитором для ферментов, он выключает фермент посредством изменения взаимодействия активных функциональных групп с помощью слабых водородных связей. Возможно такое возмущение сети водородных связей нарушает инициирование и проведение нервных импульсов. Некоторые ученые считают взаимодействие фтора с ферментами основным механизмом физиологического действия фтора, результатом которого могут быть серьезные изменения в организме при условии постоянного ненормированного воздействия на него фторид-ионов. Другие утверждают, что результаты взаимодействия фторид-ионов и ферментов в организме достаточно быстро устраняются после прекращения воздействия фторидов. Следует отметить, что в основном данные взаимодействия фторид-ионов с ферментами - результаты лабораторных исследований in vitro.
Напомним, что интерес к фтору начал возникать с 1931 г., когда отечественные и зарубежные исследователи независимо друг от друга установили связь между количеством потребляемого с водой фтора, содержанием его в природных водоисточниках и распространением таких заболеваний, как кариес и флюороз.
Считается твердо установленным тот факт, что дефицит фтора в окружающей среде (в воде ниже 0,1 - 0,2 мг/л) и в организме (гипофлюороз) сопровождается резким усилением кариеса зубов. Но при содержании фтора в питьевой воде выше 5 мг/л, становится 100%-й пораженность населения флюорозом - гиперфторирование организма. Наиболее чувствительны к интоксикации фтором дети, особенно в том возрасте, когда усиливается рост и формирование костного скелета и зубов. Флюороз зубов - это крапчатость на их поверхности с изменяющейся по степени осложнения окраской от белой до зеленоватой, коричневой и даже черной. Участки с резко выраженными изменениями поверхности зубов могут, кроме того, характеризоваться раздельными или сливными углублениями. Флюороз скелета - тяжелое заболевание, вызванное накоплением больших количеств фтора в костях. Развивается оно постепенно в несколько стадий, причем на первых двух больные не чувствуют симптомов болезни, хотя в организме уже имеются изменения. Первые симптомы флюороза - боль в суставах и костях, ломота в конечностях, слабость мышц, хроническая слабость, желудочно-кишечные расстройства, уменьшение аппетита. Рентген выявляет изменения в костях таза и в позвоночнике, кости имеют выраженную пятнистую структуру. Далее боли в суставах становятся постоянными и некоторые связки начинают подвергаться кальцинозу. В длинных костях могут иметь место симптомы остеопороза, в костях конечностей - появляться острые шпоры, особенно в коленном, локтевом суставах, на поверхности большой берцовой кости. В случае прогрессирующего заболевания развивается уродующий флюороз, когда конечности становятся слабыми, движение в суставах затруднено, позвонки частично соединяются вместе, уродуя больного. Эксперты считают, что поступление в организм 20 мг фтора ежедневно в течение двух лет уже может вызвать уродующий флюороз костей, а дозы от 2 до 5 мг в день - предклинические и ранние клинические стадии флюороза. Для некоторых районов Индии, Китая, Африки, Японии и Среднего Востока, где естественный уровень фторидов в воде 2 мг/л и более, характерно распространение скелетного флюороза.
Установлено патологическое воздействие избыточного количества фтора на организм, которое обусловлено выбросами алюминиевых производств, когда в производственной атмосфере количество неорганических соединений фтора колеблется для NaF от 0,1 до 19,5 мг/ м3, CaF2 - от следов до 24,2 мг/ м3. Кроме того, при содержании в почве водорастворимого фтора на уровне 10 мг/кг с суточным рационом в организм человека поступает 2 - 3 мг фтора, что считается естественным уровнем поступления данного элемента в организм.
У рабочих и населения, проживающего вблизи таких предприятий, выявлены нарушения обменных процессов в печени вплоть до фтористого гепатита. Это в дополнение к флюорозу и изменениям в сердечно-сосудистой системе, а также слизистых оболочек полости рта, желудочно-кишечного тракта, глаз. Установлено, что под воздействием фтора изменяется функциональное состояние коры надпочечников и системы гипофиз-гонады. Снижение уровня тестостерона в сыворотке крови на фоне повышения содержания фолликулости- мулирующего гормона, эпитестостерона, андростендиона и эстрогенов находится в прямой зависимости от длительности стажа работы на алюминиевом производстве и стадии флюороза.
Кроме того, у рабочих выявлено изменение активности ключевых ферментных систем, определяющих гомеостаз. Длительное воздействие фторидов на организм вызывает повышение функциональной активности, а затем и гипертрофию основных клеток паращитовидных желез и С-клеток щитовидной железы. На этом фоне развивается вторичный гиперпаратиреоз, который рассматривают как проявление флюороза.
У рабочих алюминиевых производств развиваются кариес, гингивит, стоматит, паро¬донтоз, как результат воздействия фтористых соединений и нарушения обмена кальция.
На Аляске 26 мая 1992 г. отмечена вспышка желудочно-кишечных нарушений, которая была инициирована, по мнению специалистов, потреблением питьевой воды с повышенным содержанием фтора. С 1989 г. около 135 млн жителей США потребляют питьевую воду, в которую по рекомендациям врачей вводят фтористые соединения до концентрации фтора ~ 0,7 - 1,2 мг/л для предотвращения кариеса зубов. За прошедший до упомянутого выше случая период было отмечено лишь 6 случаев передозировки фтористых соединений. Анализ жалоб 296 человек показал, что они потребляли в течение предыдущих 6 месяцев воду с повышенным (до 6,5 - 20 мг/л) содержанием фтора. Причиной тому было нарушение в работе средств автоматизированной дозировки на станции водоподготовки. Сделан вывод о том, что, не отрицая необходимость введения фтора в питьевую воду, следует очень серьезно следить за надежностью работы средств дозирования, а также установить особый, специальный режим их проверки.
Дополнительно отметим, что на протяжении почти 30 лет проводятся различные эпидемиологические исследования с целью выявления возможной связи между раком и содержанием фтора в воде. В настоящее время считается общепризнанным, что присутствующий в воде фтор не является канцерогеном для человека. После тщательного рассмотрения отвергнуты также предположения о мутагенной и тератогенной активности фтора. Не обнаружено у людей и особой чувствительности к фтору на примере миллионов любителей чая, получающих дополнительные, иногда значительные количества фтора, экстрагируемого в настой из чайных листьев.
С учетом всего изложенного выше следует, однако, заметить, что, по оценкам специалистов, сущность и механизм действия фтора на организм человека и животных не охарактеризованы однозначно и полностью. Тем не менее на основании клинических и экспериментальных исследований установлено, что концентрация фтора в питьевой воде, равная 1 мг/л, является оптимальной и обладает выраженным профилактическим эффектом против кариеса. Доза в 2,0 мг/л уже приводит к флюорозу. Содержание фтора в питьевой воде, равное 8 мг/л, вызывает флюороз скелета у 10% населения. При употреблении в день 20 - 80 мг фтора в течение двух лет и более неизбежен тяжелый калечащий скелетный флюороз, 50 мг/л - изменения структуры и функции щитовидной железы; 100 мг/л - задержка роста, более 125 мг/л фтора в питьевой воде способствует структурно-функциональным изменениям в почках. Во всех работах по изучению интоксикации фтором отмечаются основные моменты - доза и время воздействия.