Mechanizmy kariostatyczne fluoru

Transkrypt

1 Czas. Stomat., 2005, LVIII, 6 Urszula Kaczmarek Mechanizmy kariostatyczne fluoru The cariostatic mechanisms of fluoride Z Katedry i Zakładu Stomatologii Zachowawczej i Dziecięcej AM we Wrocławiu Kierownik: prof. dr hab. U. Kaczmarek Streszczenie W piśmiennictwie nadal są dyskutowane mechanizmy dominujące kariostatycznego oddziaływania fluoru. Przez wiele lat za główny mechanizm działania fluoru uważano jego działanie przederupcyjne. Jednak z wykonanych ostatnio badań wynika, że zapobiegające próchnicy działanie fluoru jest niemal wyłącznie poerupcyjne i zależy od jego stężenia w płynnym środowisku otaczającym zęby. Powszechnie przyjmuje się, że fluorki działają przeciwpróchnicowo głównie poprzez mechanizmy miejscowe, które stanowią hamowanie demineralizacji i zwiększanie remineralizacji (powodującej powstanie zremineralizowanej warstwy bardziej odpornej na działanie kwasów) przy powierzchni kryształu apatytu oraz hamowanie enzymów bakteryjnych. Summary In the literature, the prevailing mechanisms of the cariostatic action of fluoride are still the subject of discussion. A paradigm has existed for many decades that the main mechanism of action of fluoride is its pre-eruptive action. However, recent studies have revealed that the caries preventive effect of fluoride is almost exclusively post-eruptive, and depends on its concentration in the fluid environment of the teeth. Therefore, it is generally accepted that fluoride acts predominantly via topical mechanisms, which include inhibition of demineralization and enhancement of remineralization at the crystal surface (the resulting remineralized layer is very resistant to acid attack) and inhibition of bacterial enzymes. HASŁA INDEKSOWE: fluor, kariostatyczny mechanism KEYWORDS: fluoride, cariostatic mechanism Fluorki odgrywają kluczową rolę w zapobieganiu próchnicy zębów i nie ma wątpliwości, że odkrycie przeciwpróchnicowych właściwości fluoru jest istotnym osiągnięciem w historii stomatologii. Jednakże wraz z postępem wiedzy uległy zmianie poglądy na wielorakie mechanizmy kariostatycznego oddziaływania fluoru. W latach trzydziestych XX wieku przeprowadzone badania eksperymentalne na zwierzętach oraz badania epidemiologiczne u ludzi ustaliły związek przyczynowo-skutkowy zależności między stężeniem fluoru w wodzie a występowaniem szkliwa plamkowego fluorozy zębów. Wykazano, że obecność w wodzie odpowiedniego stężenia fluoru powoduje niższe występowanie próchnicy (cyt. wg 12). U dzieci urodzonych i mieszkających na terenach z wodą fluorkowaną (1 ppm F) zaobserwowano 50% redukcję ubytków próchnicowych (5, 12). Wnioskowano stąd, iż podaż fluoru istotnie redukuje intensywność próchnicy poprzez oddziaływanie na rozwój szkliwa. Podjęte później badania nad toksycznym wpływem fluoru na amelogenezę doprowadziły do wniosku, że ameloblasty będące w fazie wydzielniczej są szczególnie wrażliwe na wysokie stężenie fluoru (14). Jednak dalsze badania na zwierzętach doświadczalnych wskazały na istotność innej fazy rozwojowej, a mianowicie dojrzewania szkliwa (25). Podjęte w kolejnych la- 404

2 2005, LVIII, 6 Mechanizmy kariostatyczne fluoru tach szerokie badania chemiczne, biochemiczne i strukturalne znacznie przybliżyły problem oddziaływania fluoru na rozwijające się zmineralizowane tkanki zęba (1, 2, 26, 28). Model sposobu zapobiegania próchnicy przez fluorki oparty był na następujących przesłankach. Zęby, których rozwój odbywał się przy dostarczaniu fluoru za pośrednictwem wody fluorkowanej (1 ppm) wykazują wzrost zawartości fluoru w powierzchownej warstwie szkliwa (12). Fluor jest jednym z najbardziej elektronegatywnych pierwiastków i w formie zjonizowanej cechuje się silnym powinowactwem do wymiany jonów hydroksylowych (OH - ) w hydroksyapatycie. Elektrostatyczne oddziaływanie jonów wapnia i fluorkowych (F - ) jest większe niż jonów Ca +2 i OH -, co zapewnia większą stabilność sieci krystalicznej i w konsekwencji mniejszą rozpuszczalność apatytu w kwasach. Dane te stanowią wyjaśnienie, w jaki sposób powstał obowiązujący przez wiele lat schemat działania fluoru sprowadzający się do stwierdzenia, iż fluorki czynią zęby bardziej odporne na atak próchnicy. Opierając się na hipotezie, że wzrost podaży fluoru podczas odontogenezy zwiększa zawartość fluoru w szkliwie i stąd wzrasta jego odporność na kwasy, uznano za optymalne działanie kariostatyczne stosowanie metod endogennych (woda fluorkowana, tabletki/krople fluorkowe, fluorkowana sól, fluorkowane mleko). Nadmierny dowóz fluoru podczas rozwoju zęba powodował jednak dostrzegalną klinicznie fluorozę zębów i dlatego zaczęto zwracać uwagę na toksyczny efekt suplementacji. Jednakże początkowo wczesne oznaki fluorozy opisywano jako perłowe zęby i uważano je za prawidłowe w przeciwieństwie do zębów z całkowicie dojrzałym szkliwem w kolorze żółtawym, które uznawano za zęby z niedoborem fluoru (11, 12). W badaniach wielokrotnie potwierdzano korzystny wpływ fluoru na stabilność sieci krystalicznej apatytu. Jednakże wyniki dalszych prac spowodowały konieczność reinterpretacji danych dotyczących redukcji próchnicy zaobserwowanej w następstwie fluorkowania wody. Okazało się, bowiem, że zęby mleczne dzieci z rejonu fluorkowania wody zawierają znacznie mniej fluoru niż zęby stałe z rejonu fluorkowanego i niefluorkowanego (23), a systemowy wpływ na próchnicę jest taki sam niezależnie od wbudowania fluoru podczas rozwoju zęba (29). Niewielką różnicą w zawartości fluoru w powierzchownej warstwie szkliwa pomiędzy zębami stałymi z rejonów fluorkowanego i niefluorkowanego trudno było wytłumaczyć 50% redukcję ubytków próchnicowych (12, 20, 21, 23, 25). Całkowite podstawienie grup OH - w hydroksyapatycie szkliwa odpowiada 3,74% ( ppm) zawartości fluoru, ale nawet w najcięższych przypadkach fluorozy zębów jedynie około 25% grup OH - (około ppm) zostało zastąpionych jonem fluorkowym (11, 12). Zatem nie uzyskano dowodów na znamienną zależność pomiędzy zawartością fluoru w powierzchownym szkliwie a próchnicą zębów. Ponadto, w badaniach in vitro wykazano podobny rozwój próchnicy w zębach pochodzących z rejonów niskiej i optymalnej zawartości fluoru w wodzie oraz w modelu badania in situ powstanie zmian próchnicowych w szkliwie zbudowanym wyłącznie z fluoroapatytu (zęby rekina). Dane te doprowadziły do wniosku, że nie istnieje takie zjawisko jak względna odporność szkliwa na atak kwasów, a szybkość rozpuszczania ma niewielkie znaczenie w ochronie zębów przed próchnicą (12). Zaobserwowano klinicznie poerupcyjny efekt systemowej podaży fluoru, tj. u dzieci, u których rozwój i mineralizacja zębów nastąpiła przed zamieszkaniem w rejonie wody fluorkowanej stwierdzono redukcję próchnicy (12). Zauważono także wzrost podatności na próchnicę po zaprzestaniu spożywania od urodzenia wody fluorkowanej (12, 20). Jednak stosunkowo długo miejscowe egzogenne działanie fluoru było uważane za mniej znaczące w porównaniu do efektu ogólnego systemowego. Pogląd ten sugerowały wyniki kolejnych badań, wskazujące na niższą redukcję próchnicy (o 20-30%) po miejscowym 405

3 U. Kaczmarek Czas. Stomat., stosowaniu związków fluoru w odniesieniu do wody fluorkowanej (50%). Uzyskana niższa skuteczność miejscowego (egzogennego) stosowania fluorków była wynikiem nieodpowiedniego porównania danych krótkoterminowego (1-3 lata) miejscowego stosowania związków fluoru z rezultatami fluorkowania wody przez ponad 10 lat (12). Sformułowano następnie hipotezę, że kariostatyczne oddziaływanie fluoru można uzyskać bez wzrostu jego zawartości w zdrowym szkliwie, gdyż ilość fluoru wzrasta w szkliwie ulegającym zmianom próchnicowym. Stała się ona podstawą do dalszych badań nad wyjaśnieniem dominującego kariostatycznego mechanizmu działania fluoru (12, 15). W tym samym czasie nastąpiła rewizja poglądów dotyczących patogenezy próchnicy. Do tej pory w badaniach epidemiologicznych zmiany próchnicowe były zawsze rejestrowane jako ubytek twardych tkanek zęba, tj. zaawansowane stadia procesu próchnicowego (wskaźniki PUW/Z, PUW/P). Pomijano więc klinicznie wykrywalne początkowe zmiany próchnicowe w postaci białej/ciemnej plamy (caries incipiens, early caries lesion) będące wynikiem fluktuacji ph w płytce pokrywającej szkliwo. Powierzchnia szkliwa nie jest bierna chemicznie. W pokrywającej ją płytce zwanej obecnie biofilmem występują stałe zmiany ph w warunkach spoczynkowych, które wzrastają znamiennie w następstwie jej ekspozycji na ulegające fermentacji węglowodany. W wyniku działania produktów przemian metabolicznych bakterii zachodzą reakcje chemiczne między substancją mineralną szkliwa a otaczającą płynną fazą płytki (płynem płytki). Zatem postulowano, że głównym działaniem kariostatycznym fluoru jest jego wpływ na te procesy, nawet w bardzo niskich stężeniach, przez ułatwianie precypitacji fosforanu wapnia (15). Było to zgodne z wcześniejszymi poglądami (7) w których rolę fluoru w zapobieganiu próchnicy upatrywano w jego unikalnej zdolności do indukowania tworzenia apatytu z roztworów zawierających jony wapnia i fosforanowe. Ślina ze względu na odpowiednią zawartość jonów wapnia i fosforanowych jest doskonałym płynem remineralizującym, a obecność w niej jonów fluorkowych zwiększa to działanie, co jest istotne zwłaszcza przy obniżeniu ph. Wykazano również, iż niezbędne są tylko śladowe ilości jonów fluorkowych w roztworze, aby przy kwaśnym ph istotnie zmniejszyć rozpuszczalność szkliwa (15). Powtórnie poddano analizie dane dotyczące redukcji próchnicy w rejonie wody fluorkowanej (5, 16). Okazało się, iż gdy brano pod uwagę zmiany zarówno w szkliwie jak i w zębinie (zmiany bez i z utratą tkanek) nie obserwowano różnic w całkowitej ich liczbie między rejonem fluorkowanym i niefluorkowanym. Jednak po uwzględnieniu tylko zmian w postaci ubytków tkanek zęba obserwowano opisaną wcześniej 50% redukcję. Dane te można wyjaśnić efektem oddziaływania fluoru w środowisku jamy ustnej, tj. wpływem na procesy rozpuszczania/precypitacji utrudniającym szybkość progresji zmiany próchnicowej, co przewidywał nowy model działania (12). Pomimo wyższego stężenia fluoru w zewnętrznej powierzchownej warstwie szkliwa zębów z rejonu fluorkowanego, różnice w częstości występowania zmian między rejonem fluorkowanym i niefluorkowaym były tak małe, iż potwierdzały wniosek, że zawartość fluoru w szkliwie nie odgrywa istotnej roli w redukcji próchnicy (12, 15, 17). W wielorakim kariostatycznym oddziaływaniu fluoru wyróżnia się konwencjonalnie dwa okresy przederupcyjny i poerupcyjny. Działanie przed wyrznięciem zęba polega na wpływie na pierwotną mineralizację organicznej matrycy i przederupcyjnym dojrzewaniu szkliwa. W procesie amelogenezy fluor pełni funkcje: 1) katalizatora powstawania mineralnej fazy szkliwa, którą stanowi hydroksyapatyt Ca 10 (PO4) 6 (OH) 2, 2) zastępuje jony hydroksylowe (OH - ) powodując powstanie fluoroapatytu/fluorohydroksyapatytu Ca 5 (PO 4 ) 3 OH 1 -xfx, 3) sprzyja prawidłowemu tworzeniu sieci krystalicznej o optymalnej stabilności fizyko-chemicznej szkliwa zapobiegając powstawaniu śrubowych i krawędziowych 406

4 2005, LVIII, 6 Mechanizmy kariostatyczne fluoru dyslokacji przestrzennych, 4) promuje powstawanie większych kryształów apatytów z niższą zawartością węglanów, 5) uczestniczy w procesie usuwania wody i substancji organicznych z nowo odłożonego szkliwa czyli w przederupcyjnym dojrzewaniu szkliwa, co po wyrznięciu zęba sprzyja mniejszej rozpuszczalności szkliwa w kwasach, (6) powoduje powstawanie korzystnych zmian morfologicznych bardziej zaokrąglonych guzków i płytszych bruzd na powierzchni żującej (11, 12, 19, 22, 26). Jednak nadmiar dowozu fluoru prowadzi do powstania fluorozy zębów poprzez wpływ na: 1) ameloblasty, a w fazie wydzielniczej zmniejszenie produkcji i zmiany w składzie matrycy oraz zmiany w mechanizmach transportu jonów, b w fazie dojrzewania na zmniejszenie usuwania białek i wody, 2) nukleację i wzrost kryształów we wszystkich stadiach rozwoju szkliwa, 3) homeostazę wapnia (14). W okresie poerupcyjnym fluor wpływa na: 1) przebieg procesów demineralizacji i remineralizacji (ryc. 1, 2) odkładanie płytki bakteryjnej poprzez zakłócanie początkowej adherencji bakterii do nabytej błonki zęba (pellicle), interferencję z następowo mnożącymi się i agregującymi bakteriami płytki oraz powoduje powstanie zmian we florze bakteryjnej, 3) obniżanie metabolizmu węglowodanowego bakterii płytki poprzez hamowanie aktywności enolazy, transportu glukozy do wnętrza komórki, co w konsekwencji zmniejsza produkcję kwasu mlekowego (ryc. 2), translokacji cukrów w błonach komórkowych, transportu i akumulacji kationów w komórkach oraz fosfataz komórkowych katalizujących hydrolizę estrów fosforanowych (8, 9, 10, 11, 19). Rozpatrując hamowanie bakterii płytki przez fluorki należy pamiętać, że przy zakwaszeniu środowiska fluorki dyfundują do bakterii przekraczając ich błonę komórkową jako kwas fluorowodorowy (HF) powstały z połączenia z wodorem kwasów wytwarzanych w płytce. W komórce bakteryjnej HF dysocjuje powodując zakwaszenie i uwolnienie jonów fluorkowych. Powstałe jony F - hamują enzymatyczną aktywność glikolityczną, głównie poprzez hamowanie enolazy (ryc. 2). Z czasem fluorki nagromadzają się w komórce bakteryjnej. Hamują również transport cukru do komórki bakteryjnej, przechowywanie glukozy i jej analogów w paciorkowcach oraz zakłócają syntezę zewnątrzkomórkowych i wewnątrzkomórkowych polisacharydów bakteryjnych (10, 22). Jak już wspomniano, jeszcze do niedawna za główny mechanizm kariostatycznego działania fluoru uważano jego wbudowywanie do apatytu podczas rozwoju zęba. Dlatego też w celach zapobiegawczych szeroko zalecano endo- Ryc. 1. Procesy demineralizacji i remineralizacji przebiegają naprzemiennie w rejonie ślina/płytka/szkliwo. 407

5 U. Kaczmarek Czas. Stomat., Ryc. 2. Przemiana glukozy w komórce bakteryjnej. genny dowóz fluoru w okresie odontogenezy. Obecnie uzyskano dowody, że zasadniczym mechanizmem zapobiegawczego działania fluoru jest oddziaływanie miejscowe egzogenne poprzez odkładanie się w szkliwie i zmniejszanie produkcji kwasów przez bakterie płytki (6, 10, 11, 12, 18, 22, 27). Szkliwo jest wysoko zmineralizowaną bezkomórkową tkanką zawierającą w suchej wadze 99% substancji mineralnych. Zbudowane jest z soli wapniowo-fosforanowych w postaci kryształów hydroksyapatytu o sumarycznym wzorze Ca 10 (PO4) 6 (OH) 2 określanych jako mineralna faza szkliwa. Ułożone w kryształach w powtarzającym się schemacie jony wapniowe, fosforanowe i hydroksylowe tworzą sieć krystaliczną. Kryształy są ciasno upakowane w formie pryzmatów. Przestrzenie między kryształami wypełnione są wodą (12% objętościowo) i materiałem organicznym białka i lipidy (1% objętościowo). Odpowiednie połączenie składników nieorganicznych i organicznych zapewnia twardość i czynnościową wytrzymałość szkliwa. W warunkach biologicznych oprócz hydroksyapatytu powstają inne związki wapniowo-fosforanowe, takie jak fosforan trójwapniowy (Ca 3 (PO 4 ), fosforan ośmiowapniowy [Ca 8 (PO 4 ) 4 (HPO 4 ) 2. 5H 2 O]. Ponadto nie zawsze powstaje czysty chemicznie hydroksyapatyt, gdyż jony wapnia zastępowane są przez jony sodu, magnezu, cynku, strontu, ołowiu a jony fosforanowe przez węglanowe (3-6%) lub chlorkowe. Taki gorzej uwapniony apatyt, ze względu na obecność znacznej ilości jonów węglanowych, nazywany jest węglanoapatytem i jest bardziej rozpuszczalny w kwasach niż hydroksyapatyt. Po jego demineralizacji, w sytuacji sprzyjającej remineralizacji, tworzy się nowy apatyt bez jonów węglanowych mniej rozpuszczalny w kwasach niż wyjściowy minerał, a w obecności jonów fluorkowych w środowisku powstaje fluorohydroksyapatyt (ryc. 3). Część jonów hydroksylowych w hydroksyapatycie zastępowana jest jonami fluorkowymi, przy czym w szkliwie ludzkim nigdy nie dochodzi do ich 100% wymiany, tj. nie powstaje czysty fluoroapatyt (9, 10, 11, 19, 22). Ryc. 3. Schemat procesów demineralizacji i remineralizacji prowadzących do remineralizacji kryształu z powierzchnią bogatą we fluor i niską rozpuszczalnością wg Feartherstone`a (11). Wszystkie minerały (w tym zmineralizowane tkanki zęba) mają właściwą sobie stałą rozpuszczalność w wodzie i w danej temperaturze. Początkowe szybkie rozpuszczanie ulega zwolnieniu i nie występuje, gdy w roztworze nastąpi nasycenie jonów w odniesieniu do minerału. Ponieważ ślina jest roztworem nasyconym w odniesieniu do hydroksyapatytu, to szkliwo nie ulega rozpuszczaniu. Jednak przy obniżeniu ph (ph kwaśne) roztwór uprzednio nasycony staje się nienasyconym i następuje rozpuszczanie 408

6 2005, LVIII, 6 Mechanizmy kariostatyczne fluoru Ryc. 4. Rozpuszczanie szkliwa w zależności od ph i nasycenia roztworu jonami w odniesieniu do hydroksyapatytu (HA) i fluoroapatytu (FA), wg Axelssona (3) w modyfikacji własnej. substancji mineralnych do uzyskania kolejnego stanu równowagi nasycenia. PH przy którym następuje rozpuszczanie hydroksyapatytu tzw. ph krytyczne wynosi około 5,5. Natomiast dla fluoroapatytu wynosi ono 4,5. Przy zmianie warunków, tj. podwyższeniu ph determinującemu przesycenie, następuje precypitacja nowych kryształów z roztworu w wyniku czego spada nasycenie roztworu i przestaje być on przesycony (10). W środowisku jamy ustnej fizyko-chemiczna integralność szkliwa zależy od składu chemicznego otaczających go płynów śliny i płynnej fazy płytki (płyn płytki). Czynnikami decydującymi o stabilności apatytów szkliwa jest ph oraz stężenia jonów wapnia, fosforanowych i fluorkowych. Przy ekspozycji na kwasy, początkowo jony H + są wiązane przez bufory śliny i płynu płytki (jony H + pochodzące z kwasów reagują z OH - tworząc H 2 O, a z PO 4-3 tworzą HPO 4-2 i H 2 PO 4 -), ale po całkowitym wyczerpaniu buforów następuje obniżenie ph (3, 4). W zależności od wielkości spadku ph szkliwo rozpuszczane jest w dwojaki sposób. Kiedy ph otaczającej je wodnej fazy mieści się w przedziale poniżej 5,5 ale powyżej 4,5, wówczas rozpuszcza się hydroksyapatyt a powstaje fluoroapatyt. Tworzy się uszkodzenie będące zmianą próchnicową z podpowierzchniową demineralizacją (utrata hydroksyapatytu) i wysoko zmineralizowaną warstwą powierzchniową (fluoroapatyt powstały z rozpuszczonego hydroksyapatytu przy dostępie fluorków). Natomiast, gdy ph spada poniżej 4,5, to płynna faza otaczająca szkliwo jest nienasycona zarówno w stosunku do hydroksyapatytu jak i fluoroapatytu, a zatem oba apatyty są usuwane jednocześnie, warstwa po warstwie (bez powstania podpowierzchniowej demineralizacji) i powstaje zmiana erozyjna (ryc. 4). Odmienny typ rozpuszczania szkliwa przez kwasy występuje po jego wytrawieniu przed zastosowaniem systemów adhezyjnych. Wytrawiona powierzchnia przypomina wprawdzie zmianę erozyjną ze względu na brak podpowierzchniowej demineralizacji i warstwy powierzchniowej, 409

7 U. Kaczmarek Czas. Stomat., ale głębsza jest penetracja kwasu do szkliwa (3, 4, 10). Miejscowe oddziaływanie fluorków polega na hamowaniu demineralizacji, podwyższaniu remineralizacji i hamowaniu bakterii płytki. Rozpatrując proces hamowania demineralizacji należy nadmienić, że podpowierzchniowe zdrowe szkliwo zawiera około ppm F w zależności od ilości jego wbudowania w trakcie rozwoju (11). U osób pijących wodę fluorkowaną lub przyjmujących tabletki fluorkowe zawartość ta jest wyższa. Zewnętrzna warstwa szkliwa grubości kilku mikronów zawiera ppm F, ale nie wpływa to istotnie na rozpuszczalność w kwasach. Natomiast, jeśli fluorki są obecne w czasie powstawania kwasów w płytce to dyfundują one razem z kwasem do podpowierzchniowego szkliwa i adsorbując się na powierzchni kryształu chronią przed dalszym rozpuszczaniem. Zatem obecność niskich poziomów fluorków w środowisku jamy ustnej znacznie hamuje rozpuszczanie substancji mineralnej. Fluorki te pochodzą z miejscowych źródeł, takich jak pasty do zębów z fluorem, preparaty fluorkowe lub z endogennej suplementacji podnoszącej poziom fluoru w ślinie i płytce. Omawiając podwyższanie remineralizacji przez fluorki trzeba wspomnieć, że zarówno płytka jak i obmywająca je ślina dzięki zawartości buforów neutralizuje wytwarzane przez bakterie kwasy podwyższając ph w kierunku obojętnego. Zwalnia to lub zatrzymuje podpowierzchniowe rozpuszczanie szkliwa. Ślina nasycona jonami wapnia i fosforanowymi przyczynia się do dyfuzji uprzednio rozpuszczonych minerałów zęba z powrotem do szkliwa. Powoduje to odbudowę powierzchni częściowo rozpuszczonego kryształu w obrębie zmiany. Zachodzi to tym łatwiej, iż takie kryształy działają jako nukleatory w procesie remineralizacji, a fluorki przyciągają jony wapnia i fosforanowe. Powstaje nowa powłoka kryształu podobna strukturą do fluoroapatytu, bez wbudowanych jonów węglanowych. Cechuje się niższą rozpuszczalnością w kwasach niż pierwotny węglanowy apatyt czy hydroksyapatyt. Kolejne dzialanie kwasów musi być bardzo silne i trwać długo, aby rozpuścić zremineralizowane szkliwo. Badania wykonane na modelach symulujących procesy de- i remineralizacji wykazały, że stężenie fluoru powyżej 0,03 ppm przyspiesza remineralizację. Stosowanie miejscowo preparatów fluorkowych, w tym past do zębów powoduje początkowo bardzo wysokie stężenie fluoru w ślinie, które potem spada, ale przez kilka godzin utrzymuje się poziomie (0,03-0,1 ppm) zwiększającym remineralizację. Dawniej przeprowadzone badania wykazały wyższe stężenia fluoru w ślinie osób z terenu wody fluorkowanej niż z rejonu niefluorkowanego. Jednakże ostatnio nie stwierdzono takich różnic, prawdopodobnie z powodu powszechnego stosowania past do zębów z fluorem, będących stałym źródłem dowozu małych ilości fluoru do środowiska jamy ustnej (10, 11, 12, 18, 22, 24). Od wielu lat termin remineralizacja stosowany jest jako synonim zatrzymania progresji zmiany próchnicowej. Jest to błędne z wielu przyczyn. Pierwszym etapem niezbędnym do zatrzymania postępu zmiany jest usunięcie kariogennej płytki. Proces remineralizacji uwarunkowany jest obecnością częściowo zdemineralizowanych apatytów, które mogą zostać odbudowane do wyjściowych rozmiarów w wyniku ekspozycji na przesycone roztwory (w stosunku do apatytu), natomiast niezwykle rzadko tworzą się nowe kryształy. Czynniki te determinują ograniczenie tego, co chcielibyśmy uzyskać w następstwie remineralizacji. Pozbawiona płytki powierzchowna warstwa początkowej zmiany próchnicowej (wykazująca znaczną mineralizację) stanowi barierę dyfuzyjną dla wchłaniania substancji mineralnej do zdemineralizowanych warstw podpowierzchniowych (centralna korpus zmiany, ciemna, przezroczysta). Chroni je więc zarówno przed demineralizacją jak i remineralizacją. Zatem, zatrzymana zmiana początkowa z nienaruszoną warstwą powierzchowną pozostaje jako blizna tkankowa. W przypadku utraty warstwy po- 410

8 2005, LVIII, 6 Mechanizmy kariostatyczne fluoru wierzchownej (np. z powodu starcia), warstwy zdemineralizowane uzyskują bezpośredni dostęp do jonów wapnia, fosforanowych i fluorkowych obecnych w ślinie, co sprzyja ich remineralizacji. Jednakże utrata warstwy powierzchownej oznacza także narażenie na działanie kwasów wytwarzanych przez bakterie (co ma miejsce w obecności płytki) i wzrost szybkości demineralizacji (4, 13). W zależności od stężenia zastosowanego miejscowo preparatu w środowisku jamy ustnej zachodzą dwie różne reakcje fluoru ze szkliwem powstaje fluorohydroksyapatyt lub/i fluorek wapnia (9, 10, 24). Postuluje się również adsorpcję (bez wiązania chemicznego) jonów fluorkowych do powierzchni szkliwa (3, 4). Tworzenie fluorohydroksyapatytu następuje, gdy w zastosowanym preparacie stężenie fluoru jest niskie (<50 ppm) i jego odczyn jest zakwaszony zgodnie z reakcją: Ca10 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + F - + H + Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH)F + H 2 O. Tworzy się w najbardziej zewnętrznej warstwie szkliwa i stanowi integralną część tkanki, która zostanie utracona w przypadku starcia szkliwa lub całkowitego rozpuszczenia. Przy obojętnym ph powstawanie fluorohydroksyapatytu jest powolne i nie kompensuje normalnego starcia zęba. Warunkiem determinującym jego powstanie jest przesycenie płynów jamy ustnej (śliny i płynu płytki) w odniesieniu do fluoroapatytu. Zdarza się to przy ph powyżej 4,5. Przy ph poniżej 4,5 płyny stają się nienasycone zarówno w stosunku do hydroksyapatytu jak i fluorohydroksypatytu. Natomiast fluorek wapnia powstaje wówczas, kiedy w roztworze obmywającym szkliwo stężenie jonów fluorkowych jest wysokie (> 100 ppm) zgodnie z reakcją: Ca10 10 (PO 4 ) 6 (OH) F - + 8H + 10 CaF 2 + 6HPO H 2 O. Następuje to po miejscowym profesjonalnym zastosowaniu preparatów fluorkowych w postaci płynu, żelu, pianki lub lakieru albo domowym w postaci fluorkowanych past do zębów (zwłaszcza zawierających NaF). Tworzenie fluorku wapnia zwiększa się przy niskim ph, gdyż wzrasta wtedy rozpuszczalność szkliwa dostarczając większych ilości jonów wapnia (oprócz zawartych w ślinie i płynie płytki) do jego powstania. Po miejscowej aplikacji przez 2 minuty 2% obojętnego roztworu NaF (około 9000 ppm), formowanie się fluorku wapnia jest niewielkie, gdyż powolne rozpuszczanie hydroksyapatytu szkliwa dostarcza niewielkich ilości zjonizowanego wapnia. Natomiast zakwaszone preparaty fluorkowe powodują większe rozpuszczanie szkliwa i tym samym odłożenie większych ilości fluorku wapnia na powierzchni szkliwa. Związek ten wyprecypitowany w postaci sferycznych granulek na powierzchni zdrowego lub porowatego szkliwa, w pellicle (błonce nazębnej) oraz w miejscach stagnacji płytki stanowi rezerwuar fluoru, z którego stopniowo uwalniane są jony fluorkowe (ryc. 5). Ryc. 5. Reakcje chemiczne fluorku w procesie próchnicowym wg ten Cate (9). Omówione powyżej podstawy fizyko-chemiczne procesów demineralizacji i remineralizacji dla szkliwa odnoszą się również do zębiny. Zębina jest mniej uwapnioną tkanką niż szkliwo. Zawiera wagowo 70% substancji nieorganicznych, 20% substancji organicznych i 10% wody, a objętościowo 47% substancji nieorganicznych, 32% organicznych i 21% wody (11, 22). Podobnie jak w szkliwie, jej mineralną fazę stanowi hydroksyapatyt tworzący mniejsze kryształy z większą zawartością innych jo- 411

9 U. Kaczmarek Czas. Stomat., nów. Traktowanie zębiny preparatami fluorkowymi zmniejsza jej rozpuszczalność i powoduje powstanie grubej warstwy w powierzchownej warstwie zmiany. Jednak stężenia fluorków potrzebne do zahamowania demineralizacji zębiny muszą być 10-krotnie wyższe niż dla szkliwa. Ponadto, w warunkach doświadczalnych, gdy demineralizacja pojawia się w obecności warstwy powierzchniowej zawierającej fluorki, to warstwa ta zostaje zachowana a do utraty substancji mineralnych dochodzi głębiej poza tą warstwą. Bez fluorków demineralizacja powoduje zmianę podobną do erozji. Ostatnio wykazano, że bardzo głębokie zmiany obejmujące całą szerokość szkliwa i część zębiny mogą jeszcze ulec remineralizacji w wyniku kontaktu z roztworem remineralizującym. Proces ten jest bardzo powolny, ale stwarza możliwość zapobiegawczego postępowania w głębokich zmianach próchnicowych (10). W podsumowaniu należy podkreślić, że: 1) głównym mechanizmem kariostatycznym fluoru jest miejscowe działanie poerupcyjne, zarówno u dorosłych jak i dzieci, 2) miejscowy mechanizm oddziaływania fluoru polega na hamowaniu demineralizacji, podwyższaniu remineralizacji i hamowaniu aktywności bakteryjnej, 3) przy endogennej suplementacji fluorem należy wykorzystać miejscowy, egzogenny komponent oddziaływania poprzez ssanie lub żucie tabletek fluorkowych przed ich połknięciem. Piśmiennictwo 1. Aoba T., Fejerskov O.: Dental fluorosis: chemistry and biology. Crit. Rev. Oral Biol. Med., 2002, 13, 2, Aoba T., Shimazu Y., Taya Y., Soeno Y., Sato K., Miake Y.: Fluoride and apatite formation in vivo and in vitro. J. Electron Microscopy, 2003, 52, 6, Axelsson P.: Diagnosis and risk prediction in dental caries. Quintessence Publishing Co Inc. 1999, Axelsson P.: An introduction to risk prediction and preventive dentistry. Quintessence Publishing Co Inc., 2000, Backer Dirks O., Houwink B., Kwant G. W.: The results of 6½ years of artificial drinking water in the Netherlands: The Tiel-Culemborg experiment. Arch. Oral Biol., 1961, 5, 12, Beltran-Aguilar E. D., Goldstein J. W., Lockwood S. A.: Fluoride varnishes. A review of their clinical use, cariostatic mechanism, efficacy and safety. J. Am. Dent. Assoc., 2000, 131, 5, Brudevold F., McCann H. G., Gron P.: Caries resistant as related to the chemistry of the enamel. W: Caries resistant teeth pod red. G. E. W. Wolstenholme, M. O`Connor. Ciba Found. Symp. London, Churchill 1965, ten Cate J. M.: Fluorides in caries prevention and control: empiricism or science. Caries Res., 2004, 38, 3, ten Cate J.M.: Current concepts on the theories of the mechanism of fluoride. Acta Odontol. Scand., 1999, 57, 2, ten Cate J. M., Larsen M. J., Pearce E. I. F., Fejerskov O.: Chemical interactions between the tooth and oral fluids. W: Dental caries. The disease and its clinical management pod red. O. Fejerskov, E. A. M. Kidd. Blackwell Munksgaard, 2003, Featherstone J. D. B.: Prevention and reversal of dental caries: role of low level fluoride. Community Dent. Oral Epidemiol., 1999, 27, 1, Fejerskov O.: Changing paradigms in concept on dental caries: consequences for oral health care. Caries. Res., 2004, 38, 3, Fejerskov O., Nyvad B., Kidd E. A. M.: Clinical and histological manifestations of dental caries. W: Dental caries. The disease and its clinical management pod red. O. Fejerskov, E. A. M. Kidd. Blackwell Munksgaard, 2003, Fejerskov O., Thylstrup A., Larsen M. J.: Clinical and structural features and possible pathogenic mechanisms of dental fluorosis. Scand. J. Dent. Res., 1977, 85, Fejerskov O., Thylstrup A., Larsen M. J.: Rational use of fluoride in caries prevention: A concept based on possible cariostatic mechanism. Acta Odontol. Scand., 1981, 39, 4, Groeneveld A.: Longitudinal study of prevalence of enamel lesions in a fluoridated and non-fluoridated areas. Community Dent. Oral Epidemiol., 1985, 13, 3, Groeneveld A., Backer Dirks O.: Fluoridation of drinking water, past, present and future. W: Ekstrand J., Fejerskov O., Silverstone L.M.: Fluoride in dentistry. Copenhagen, Munksgaard 1988, Hellwig E., Lennon A.M.: Systemic versus topical fluoride. Caries Res., 2004, 38, 3, Kaczmarek U.: Wpływ jonów fluorkowych na szkliwo. Wrocł. Stomat., 1989,

10 2005, LVIII, 6 Mechanizmy kariostatyczne fluoru Kaczmarek U.: Polskie doświadczenia z fluorkowaniem wody. Czas. Stomat., 1999, LII, 9, Kidd E. A. M., Thylstrup A., Fejerskov O., Brunn C.: The influence of fluoride in surface enamel and degree of dental fluorosis on caries development in vitro. Caries Res., 1980, 14, 4, Kidd E. A. M., Joyston-Bechal S.: Essential of dental caries. Oxford University Press, Melberg J. R.: Enamel fluoride and its anticaries effects. J. Prev. Dent., 1977, 4, 1, Ogaard B.: CaF 2 formation: cariostatic properties and factors of enhancing the effect. Caries Res., 2001, 35., Suppl. 1, Richards A., Fejerskov O., Baelum V.: Enamel fluoride in relation to severity of human dental fluorosis. Adv. Dent. Res., 1989, 3, 2, Robinson C., Connell S., Kirkham J., Brookes S.J., Shore R. C.: The effect of fluoride on the developing tooth. Caries Res., 2004, 38, 2, Sjogren K.: How to improve oral fluoride retention? Caries Res., 2001, 35, Suppl.1, Smith C. E.: Cellular and chemical events during enamel maturation. Crit. Rev. Oral Biol. Med., 1998, 9, 2, Thylstrup A.: Clinical evaluation of fluoride derived enamel changes. A critical review. Thesis Royal Dental College, Aarhus Otrzymano: dnia 8.III.2005 r. Adres autorki: Wrocław, ul. Kuźnicza 43/