Роль фтору як мікроелемента - гігієнічні проблеми фторування питної води
глава III
Фізіологічна роль фтору як мікроелемента
Фтор відноситься до мікроелементів, про фізіологічну роль і життєво важливому значенні яких єдиної думки немає. Суперечливі погляди пояснюються, по-перше, відсутністю загальновизнаних критеріїв для зарахування мікроелемента до числа фізіологічно необхідних, есенціальних, харчових речовин, по-друге, методичними труднощами, що стоять на шляху подібних досліджень. Ми маємо на увазі створення повноцінного у всіх відносинах харчового раціону при повній відсутності в ньому досліджуваного мікроелемента.
Більшість біологів, фізіологів, біохіміків і гігієністів зараховують до числа біоелементів ті елементи, які потрібні організму для пластичних цілей, оптимального перебігу життєвих процесів, а також для функції відтворення і недолік яких призводить до кількісних або якісних порушень життєдіяльності, зниження адаптивних можливостей, специфічним або неспецифічним захворювань, прискоренню процесів старіння, порушення генеративної функції і т. д. При додаванні до раціону певної кількості дефіцитного мікроелемента виникають порушення ліквідуються. Але існує і думка, зараховують до числа біоелементів лише життєво необхідні речовини.
У світлі викладеного розглянемо дані про фізіологічну роль фтору.
Якщо дотримуватися біогеохімічного вчення акад. В, І. Вернадського, широке поширення настільки хімічно активний елемент в неживій природі, їжі і воді, рослинних і тваринних організмах, а також в тканинах людського тіла вже саме по собі говорить про те, що фтор за мільйони років еволюції життя на Землі повинен був придбати певну фізіологічну роль. Викладені факти багато в чому підтверджують цю аксіому.
1. Фізіологічне значення фтору для твердих тканин організму
Оскільки більше 99% міститься в організмі фтору знаходиться в твердих тканинах, це і визначило головний напрямок пошуків його фізіологічного значення.
Фтор має високу спорідненість до твердих тканин завдяки своїй здатності вступати в хімічний зв`язок з фосфатами кальцію. Ми вже згадували, що радикали ОН і С02 апатитів кісток і зубів можуть заміщатися фтором- при цьому утворюються фтор-апатити - з`єднання, більш стійкі до дії фізичних і хімічних факторів і додають ці властивості біологічних структурам, в які вони включені. Кристали фторапатита ізоморфні кристалам гідроксиапатиту, тому заміна частини останніх не викликає геометричних змін і будь-яких морфологічних порушень в кістках і зубах. До речі, чудові зуби акули складаються переважно з фторапатита. Оскільки фтор надає своїм з`єднанням особливу стабільність і стійкість, було висловлено припущення про те, що певні кількості його необхідні організму для оптимальної структури зубів і кісток.
Відносно зубів ця гіпотеза вже давно підтвердилася. Вживання води, що містить близько 1 мг / л F (при цьому доросла людина отримує на добу з їжею і водою близько 2,0-3,0 мг фтору), в 2-4 рази знижує захворюваність карієсом. Надходження певних кількостей фтору необхідно для утворення резистентної до карієсу емалі. Крім того, фтор сприятливо впливає на форму і зовнішній вигляд зубів (зуби красивіше за формою і кольором), на строки прорізування та розташування зубів в зубному ряду, частоту і вираженість ураження періодонта- зуби рідше уражаються гіпоплазія емалі [37, 160]. Противокариозного роль фтору доведена як клініко-епідеміологічними дослідженнями в містах з різною KF-, так і в експериментах на тваринах (детальний опис див. В главі IV). В результаті багато хто вважає, що одного лише визнання значення фтору для зубощелепної системи цілком достатньо, щоб зарахувати його до біоелемента.
Але фізіологічна роль фтору не вичерпується пластичною функцією. Концентруючись у росткових ділянок зубів і кісток, фтор має стимулюючий вплив на їх формування шляхом впливу і на органічну матрицю, і на процес її мінералізації. Лише в останні роки виявилося, що ті концентрації фтору, які є в кістковій тканині, підсилюють інкорпорацію знову синтезованого колагену і сповільнюють резорбцию матриці [219]. L. Michaelis (1935) одним з перших висловив припущення, що фтор сприяє зв`язуванню тканинами фосфату кальцію, будучи біокаталізатором процесу мінералізації. Він запропонував застосовувати великі дози фтору (0,5-1 мг на 1 кг. Маси тіла на добу протягом багатьох місяців) з терапевтичною метою при остеопорозі, остеомаляції і інших захворюваннях, що протікають з порушенням мінералізації кісток, що і в даний час використовується для лікування сенильного, «гепариновой» і «кортікоідние» остеопорозу. До речі, слід зазначити, що тривале (до 2 років) застосування таких великих доз фтору не викликає виражених явищ фторінтоксікаціі.
Розвиваючи ці ідеї, І. Г. Лукомський [81], Р. Д. Габович з співавт. [39], R. Odell, I. Kay [цнт. по 37] та ін. показали, що фтор прискорює репаративні процеси при експериментальних переломах кісток. Спостереження Р. Д. Габович і П. Н. Майструка [82], а також ряду американських дослідників [161] свідчать про те, що в I -місто у дітей рідше зустрічаються випадки затримки окостеніння і остеопорозу кісток, ніж у 0,1 містах.
Якщо в ранні роки життя фтор необхідний для кращої і своєчасної мінералізації зубів і кісток, то в старшому віці він потрібен для збереження мінералізації кісток і попередження сенильного остеопорозу, який нерідко призводить до перелому шийки стегнової кістки і пошкодження хребців. Рентгенологічні дослідження в Північній Дакоті (США) показали, що в 0,15-0,3-містах серед жінок в 2 рази частіше спостерігаються випадки старечого остеопорозу і в 4 рази частіше ушкодження хребців, ніж в населених пунктах з високою KF- (2, 4-5,8 мг / л). Це пояснюють тим, що фтор в певних дозах гальмує резорбтивную фазу перебудови кістки і стимулює кальцифікацію. Тому робилися спроби включити в дієту космонавтів NaF, щоб попередити втрату кальцію скелетом в умовах невагомості і гіподинамії. Цікаво й те, що в 0,15-0,3-го- пологах приблизно в 2 рази частіше спостерігалися випадки кальцифікації аорти. Не виключено, що фтор, стабілізуючи кістка, попереджає вимивання з неї кальцію і відкладення його в аорте- інші автори пояснюють це взаємодією фтору і магнію [160]. Фтор в певних дозах сприятливо впливає на мінералізацію кісткової тканини як при експериментальному рахіті, так і при гипервитаминозе D [37, 167]. Механізми впливу фтору на процес мінералізації поки ще не розкриті [101,146]. В останні роки все більше уваги приділяють вивченню впливу фтору на процеси кристалізації мінеральних речовин в твердих тканинах організму [277]. Виявилося, що в юної кістки ставлення Са / Р не відповідає, як вважалося, гідроксил апатити (мається «дефіцит кальцію») - припускають наявність в них октакальцій фосфату. Лише поступово «дефіцит кальцію» зменшується і кістка набуває більш міцну структуру з гідроксіл- і фтор-апатиту.
За даними Neveseli (1968), освіту гідроксил-апатитовой структури in vivo неможливо при відсутності певних кількостей фтору, що входить в ядра кристалізації або іншим чином впливає на їх освіту. Дійсно, в дослідах in vitro фтор в низьких концентраціях (0,14 мг / л) стимулює мінералізацію колагену, особливо при нестачі кальцію. Встановлено, що в присутності фтору утворюються більші кристали апатиту, в яких на одиницю об`єму доводиться менше іонів карбонату і особливо цитрату, а вони то і прискорюють процеси резорбції мінеральних солей. Доведено, що сила водневих зв`язків між протеїном органічної матриці і мінеральної субстанцією зростає при заміні гідроксилу фтором.
Викладене, безсумнівно, свідчить про значення невеликих кількостей фтору в фізіології твердих тканин людського організму, т. Е. Досить, щоб визнати фтор біоелементом. За даними Neveseli, фтор є 7-м біоелементом після Сі, Zn, Fe, Mn, 1, Co. Однак наявні дані не дозволяють ще зробити певного висновку про життєву необхідність фтору і характеру дії різних кількостей його. Лише більш фундаментальне вивчення морфології і інших властивостей кісток, особливостей окостеніння, деформацій скелета, поширення остеопорозу, остеосклерозу та іншої патології скелета (включаючи вікові зміни) в місцях з різною KF- дасть можливість більш впевнено відповісти на ці питання.
2. Значення фтору для інших тканин організму і деяких фізіологічних функцій
На наступному місці після кісток і зубів за змістом фтору знаходиться група тканин ектодермального походження: волосся, нігті, епідерміс. Ще Gotie вважав, що фтор відіграє роль стабілізатора і ущільнювача при входженні в структури цих тканин. Є відомості про те, що певні кількості фтору надають сприятливу дію на ріст волосся (волосся у тварин) і нігтів [162].
З 30-х років було проведено ряд найоригінальніших за методикою виконання експериментальних робіт, автори яких, вигодовуючи тварин F-дефіцитним кормом, планували довести життєво важливу роль цього мікроелемента. З цією метою вивчалися ті інтегральні функції організму, які зазвичай порушуються при дефіциті в їжі біоелементів або вітамінів, т. Е. Зростання, репродукція, кровотворення. Ці роботи, детально викладені в, довго не давали чіткої відповіді на поставлене запитання, і лише в останні роки були отримані більш певні результати. Встановлено [257], що зниження вмісту фтору в синтетичному кормі щурів до 0,04-0,4 мг / кг (в звичайному кормі міститься 40- 60 мг / кг) призводить до затримки росту тварин. Додавання до корму фтору в кількості 1 мг / кг прискорювало зростання щурів на 17%, а 2,5 мг / кг -на 30,8%. Рентгенографічними і біометричними дослідженнями було також доведено, що фтор покращує розвиток скелета. В результаті експериментатори визнали фтор життєво важливим елементом. Показано [215, 217, 218], що вживання самками мишей корми з 0,005 мг / кг F призвело в другій генерації до безпліддя мишей, а також до анемії у вагітних самок і молодих щурят в період особливо швидкого зростання (т. Е. В період вигодовування). Додавання фтору до раціону надавало нормалізує. Порушення генеративної функції у тварин при фтордефіцітном кормі пояснюють змінами в естрального циклу або сексуальної функції, а позитивний вплив фтору на кровотворення - кращим засвоєнням заліза [1, 64, 93, 216]. Р. Д. Габович, Н. А. Михалюк та А. С. Касьяненко у тварин, які вживали воду з I мг / л F-, встановили краще засвоєння заліза, а також підвищення рівня Fe і Сі в крові.
Крім того, є дані, що вживання води з 1 мг / л F- покращує імунобіологічних реактивність, а також показники ряду інших фізіологічних функцій [37]. У ряді робіт В. А. Кніжнікова показано, що певні дози одного фтору або фтору в поєднанні з кальцієм позитивно впливають на стійкість організму до радіаційного ураження, що викликається гамма-опроміненням або инкорпорацией Sr.
Таким чином, незважаючи на фрагментарність, сучасна наукова інформація дозволяє розглядати фтор як біоелемент. Потреба організму людини в ньому становить приблизно близько 0,03 мг на 1 кг маси тіла для дорослих і 0,15 0,1 мг / кг для дітей. Приблизно ці кількості фтору надходять в організм при вживанні води з 1 мг / л F. Завдання подальших наукових досліджень у цій галузі полягає в тому, щоб створити з окремих фрагментів цілісне і струнке вчення про фізіологічну роль фтору і встановити оптимальну потребу в ньому на різних етапах онтогенезу.
