化学与生活

龋齿与氟化物① ~为什么牙膏里面要含氟??~

本文来自Chem-Station日文版 虫歯とフッ素のお話① ~どうして歯磨きにフッ素が使われるの??~ ちおふぇん

翻译投稿 炸鸡 校对 肥猫

我们生活中经常会看到牙膏的广告中常有“”或“可以使牙齿更牢固”等信息。

牙膏广告里强调氟的作用这并非没有根据,事实上,的确能使牙齿更牢固且预防龋齿,这已经是一个全球性的共识了。含氟的牙膏数不胜数。据统计,在日本牙膏市场上,约9成的牙膏都是含氟的。[1]

那么问题来了,牙膏里面含的“氟”到底指什么呢?

显然不是指的氟分子(F2),而是含氟化合物,如氟化物,氟化物可以释放氟离子(F)。

人类是怎么发现氟化物有利于牙齿的呢?氟化物是通过什么作用机制保护牙齿的呢?下面就让我们一起来看看吧。

氟化物用于预防龋齿的历史

人们是怎么发现发氟化物可以预防龋齿的呢?这要追溯到上世纪初,上世纪初美国牙科医生McKay和Black发现美国某个地方的居民们的牙齿普遍都有白斑或着色的现象,当时两位医生认为这是一种牙病,所以两位牙科医生把这样有白斑或着色的牙齿命名为“斑状齿(mottle teeth)”。[2,3]

经两位牙科医生广泛调查后发现,有“斑状齿(mottle teeth)”的人群都使用的同一特定的水源,并且斑状齿流行的地区的人很少患龋齿。

当时虽然由于分析技术局限,尚未确定原因,但在随后的调查中发现这种斑状齿的发病原因是由饮用水中存在的氟化物引起的。在以Dean等为代表的流行病学调查中(Fig. 1),对氟化物抗龋齿的有效性和氟化物的安全性进行了研究,促成了现在氟化物应用于龋齿预防。

 Fig. 1. 关于全身用的流行病学调查。(Dean,Ht.,et al.,1941.来自:文献[1])

氟化物在预防龋齿中的应用大致分为两种,一种是“全身用”,即在饮用水中添加规定浓度的氟化物,称为“氟化剂”;另一种是“局部用”,即在牙科诊所或医院的口腔科看病时,患者的牙齿表面被涂抹氟化物,或是在学校里统一让学生用氟化物漱口,或在家庭中使用含有氟化物的牙膏。有些国家是鼓励向饮用水中添加规定浓度的氟化物来防止龋齿的(全身用),但有些国家仍以局部用为主。

*“斑状齿”是一种疾病,是在牙齿长时间内摄入含有高浓度氟离子的水时引起的,在牙齿上产生条纹状白色混浊,逐渐着色,如果变得更严重,就会导致牙齿部分脱落。

氟化物是怎么预防龋齿的

据日本口腔卫生学会介绍,氟化物预防龋齿的原理如下(Fig. 2):[1,3-5]

当人体摄入氟化物离子时,首先氟例子作用于牙齿,改善了构成牙釉质的羟基磷灰石[Ca10(PO46(OH)2]的结晶度,加速了它的再矿化,并氟化了羟基磷灰石的羟基基团,从而生成了高抗酸性的氟磷灰石[Ca10(PO46F2]和部分氟化的氟羟基磷灰石[Ca10(PO46Fx(OH)2-x]。 通过这些强化牙质,进一步提高牙齿的耐酸性。

其次是作用于口腔中的细菌,主要抑制牙菌斑中细菌在糖酵解系统中的酶作用和从菌体内排出H+的H+-ATP酶。这些作用抑制了细菌产酸,减弱了龋齿的致病性。

以上就是氟化物预防龋齿的作用原理。

Fig. 2. 氟预防龋齿的作用原理

牙釉质成分羟基磷灰石与氟离子之间的反应随氟化物浓度和接触频率的变化而变化(Fig. 3)

例如,当高浓度氟离子单次作用时(比如牙医把氟化物涂抹在病患的牙齿表面),牙釉质表面会发生复分解反应,生成氟化钙(CaF2),同时释放出磷酸根离子(PO43-)。生成的CaF2相继与牙釉质反应产生氟羟基磷灰石。[6]

相反,当低浓度氟化物溶液长时间作用于牙釉质时(像家庭用氟化物漱口或使用含氟牙膏刷牙时),CaF2较难生成,牙釉质会转而与氟反应,且反应的很缓慢,形成高结晶度的氟羟基磷灰石。[7]

Fig. 3. 氟化物离子与羟基磷灰石的反应。

另外,在酸性环境中会形成中间体磷酸二钙(CaHPO4·2H2O),它能使F-被有效地吸收到羟基磷灰石中。[8]

前面所示的Fig. 2描述了氟离子的作用效应。然而最近的研究表明与羟基磷灰石晶体周围形成弱结合的氟化物(弱结合氟化;loosely bound F)和共存的氟离子可能是预防龋齿的主要因素,而不是通过氟取代稳定羟基磷灰石晶体。[9]这种弱结合的氟化物是由含氟牙膏中的氟离子(F)与牙质或是龋齿溶解出的钙离子(Ca2+)抑或是唾液中的钙离子(Ca2+)结合形成的CaF2或CaF2的沉积物。

由于口腔内的细菌会产生酸,所以口腔环境呈酸性,F能够以游离的形式存在,通过这样的方式CaF2或CaF2的沉积物作为一个供给源将F缓慢释放出来发挥预防龋齿的作用。

本篇文章从牙膏中使用氟化物的历史背景出发,介绍了氟化物预防龋齿的原理。

下篇文章将分享我们日常使用的牙膏中的氟化物及其特征(龋齿与氟化物②~牙膏里的氟化物~)。

参考文献

[1] う蝕予防の実際 フッ化物局所応用実施マニュアル 日本口腔衛生学会フッ化物応用委員会編
[2] Tsutsuki, A., J. Natl. Inst. Public Health, 2003, 52, 32. リンク: 国立国会図書館デジタルコレクション
[3] Udagawa, N., et al., Kindney Metab Bone Dis, 2017, 30, 63. DOI: 10.19020/J02201.2017161100
[4] 郡司明彦ら, 歯薬療法, 2010, 29, 1-8. DOI: 10.11263/jsotp.29.1
[5] 須田立雄, 早川太郎, 口腔生化学 第6版, 医歯薬出版
[6] 中西國夫ら 口腔衛生学会雑誌, 1984, 34, 39-53. DOI: 10.5834/jdh.34.109
[7] 可児瑞夫ら 口腔衛生学会雑誌, 1980, 30, 150-159. DOI: 10.5834/jdh.30.150
[8] Chow, L.C. et al., J. Dent. Res., 1975, 54, 65-76. DOI: 10.1177/00220345750540013901
[9] 押野一志ら, 小児歯科学雑誌, 2003, 41, 580-587. DOI: 10.11411/jspd1963.41.3_580

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