Воздействие фтора на организм человека

Как известно, высшую ценность в науке составляет истина, которая в человеческом восприятии выражается в законах природы. Один из законов, открытых в XX веке, касается непосредственно  человека.  Закон связывает содержание элементов в  организме   человека  и состояние его здоровья. Под состоянием здоровья можно понимать не только наличие уже проявляющихся заболеваний, но также риск их проявления, или активизации, предрасположенность. Сегодня в мире процветают огромное количество заболеваний которые развиваются из-за нехватки микроэлементов. По всему миру «уверенно шагают» многочисленные заболевания связанные с микроэлементами человеческого организма. Вода прямым образом влияет на здоровье человека, поэтому нас заинтересовали следующие вопросы: Что за вода течет из нашего крана? Какие вещества содержатся в ней? Как они влияют на организм и здоровье человека?

Актуальность темы: Многие люди, в особенности дети, страдают заболеванием полости рта – кариесом, необходимо изучить причины возникновения этого заболевания, найти пути его устранения. Новизна темы: Сделана первая попытка привлечь внимание жителей села к профилактике болезней полости рта, вызванных недостатком фтора в питьевой воде.

Объектом исследования являются результаты исследования питьевой воды централизованного водоснабжения и статистические данные заболеваний органов рта с. Маккавеево.

Предмет исследования выявление заболеваний полости рта связанных с содержанием фтора в воде.

Цель: Исследование влияния ионов фтора как микроэлемента на организм человека в с. Маккавеево Забайкальского края

Гипотеза: мы предполагаем, что фтор влияет на структуру стоматологических заболеваний – поэтому, если ионы фтора будут в норме, то количество стоматологических заболеваний уменьшится. Для достижения цели и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:

1. Выяснить нахождение фтора в природе.

2. Рассмотреть действие фтора на организм человека.

3. Изучить методы исследования ионов фтора.

4. Изучить анализ воды с. Маккавеево.

5. Изучить статистические данные заболеваемости полости рта в с. Маккавеево, и предложить рекомендации жителям по профилактике заболеваний, внести предложения по использованию зубных паст.

Глава 1. Элементы организма

1. 1. Классификация элементного состава организма.

Тело  человека  состоит из 81 элемента - 4 основных (C, H, O, N), 8 макро-элементов, содержащихся в относительно больших количествах (Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S) (основные и макроэлементы составляют 99% массы тела) и 69  микроэлементов.  

Микроэлементы  – это группа химических элементов, которые содержатся в  организме   человека  в очень малых количествах, в пределах 10-3-10-12% (при этом  микроэлементы  с содержанием ниже 10-5 % иногда называют ультрамикроэлементами). Именно это определяет их названия: «следовые элементы» (trace elements) в немецком и английском языках, «олигоэлемен-ты» - у французских авторов, «рассеянные элементы» - в трудах В. И. Вернадского.

По степени полезности для  организма  макро-микроэлементы можно разбить на следующие группы:

• Эссенциальные (жизненно-важные) элементы  - это все структурные элементы (H, O, N, C; Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S)  микроэлементов  (Cr, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn) - всего 20 шт.

• Условно-эссенциальные (жизненно-важные, но вредные в определенных дозах)  микроэлементы  (Ag, Al, Au, B, Br, Co, Ge, Li, Ni, Si, F) – 11 шт.

• Условно-токсичные  микроэлементы  и ультрамикроэлементы (As Ba Be Bi Cd Ce Cs Dy Er Eu Ga Gd Hf Hg Ho In Ir La Lu Nb Nd Os Pb Pd Pr Pt Rb Re Rh Ru Sb Sc Sm Sn Sr Ta Tb Te Th Ti Tl Tm U W Y Yb Zr) – всего 50 шт.

В организме человека находится почти вся таблица Менделеева, при нехватке любого из выше названных элементов, может произойти сбой в работе систем организма, нарушение обмена веществ, что приводит к заболеваниям – микроэлементозы. Микроэлементозы, представляющие собой патологические процессы, вызванные дефицитами (недостатками) и избытками  микроэлементов.  

Во второй половине XIX века было показано, что химические элементы, содержащиеся в тканях  организма  в очень низком количестве, способны оказывать определенное действие на физиологические процессы.

В середине XIX века был изобретен метод спектрального анализа, который оказал существенное влияние на развитие разных отраслей науки. В 20-х годах XX века  был предложен метод эмиссионной спектрографии, который дал возможность определять малые количества многих элементов и позволил осуществить сравнение минерального состава тканей у  человека  и животных. Спектральный анализ различных биосубстратов, тканей, костей, включая волосы и ногти, известен и применяется уже около 100 лет. Данные многочисленных исследований показывают, что лишь 3%  людей  не имеют нарушений минерального обмена, которые являются первопричиной или индикатором примерно 95% всех известных заболеваний. Родителям также полезно знать, что у часто болеющих детей дефицит цинка наблюдается в 80% - 90% случаев. В России наиболее часто встречаются дефициты цинка, меди и марганца, фтора.  

Именно фтор мы решили исследовать так, как он отвечает за многие процессы в организме человека, в частности за состояние органов полости рта.  

1. 2. Фтор в природе.

Круговорот  фтора  в природе охватывает литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу.  Фтор  обнаруживается в поверхностных, грунтовых, морских и даже метеорных  водах. Питьевая  вода  с концентрацией  фтора  более 0,2 мг/л является основным источником его поступления в организм.  Воды  поверхностных источников характеризуются преимущественно низким содержанием  фтора  (0,3-0,4 мг/л). Концентрации  фтора  (5-27 мг/л и более)  определяют  в артезианских и минеральных  водах , контакти-рующих с фторсодержащими водовмещающими породами.

При гигиенической оценке поступления  фтора  в организм важное значение имеет содержание микроэлемента в суточном рационе, а не в отдельных пищевых продуктах. В суточном рационе содержится от 0,54 до 1,6 мг  фтора  (в среднем 0,81 мг). Как правило, с пищевыми продуктами в организм человека поступает в 4-6 раз меньше  фтора , чем при употреблении питьевой  воды , содержащей оптимальные его количества (1 мг/л). Фтор  является устойчивым компонентом природных  вод . Колебания концентрации  фтора  в течение года невелики, обычно, не более чем в два раза.

1. 3. Воздействие фтора на организм человека.

 Фтор  повышает устойчивость зубов к кариесу, стимулирует кроветворение, репаративные процессы при переломах костей, реакции иммунитета, участвуют в росте скелета, предупреждает развитие старческого остеопороза. Также в сочетании с кальцием влияет на устойчивость  организма  к радиационному поражению и является биокатализатором процессов минерализации, способствуя связыванию тканями фосфата кальция, использующегося с лечебной целью при рахите. При избытке фтора развивается– флюороз . Зубы при флюорозе крошатся, что может привести к возникновению кариозных осложнений. Он начинается с меловидных пятнышек на зубах. При дальнейшем развитии зубы становятся желто-бурыми, легко истираются и кровоточат. Кариес зубов - это патологический процесс, при котором происходит растворение и размягчение твердых тканей зуба под воздействием органических кислот .

Избыток  фтора  вызывает обесцвечивание, появление пятен и повышенную хрупкость зубной эмали. Общая потребность в этом элементе составляет около 3 мг/сутки. Основное количество его поступает с водой. Поступление  фтора  может колебаться в широких пределах, в зависимости от региона и содержания его в питьевой воде. Избыток  фтора  в питьевой воде приводит к такому заболеванию, как эндемический флюороз, при котором поражаются печень, почки и центральная нервная система. А такая распространенная болезнь, как кариес, является следствием концентрации  фтора  в воде ниже оптимальной. Механизм действия  фтора   на   организм  обусловлен образованием его комплексных соединений с кальцием, магнием и другими элементами - активаторами ферментных систем. Угнетающее действие  фтора  на ферменты приводит к тому, что он может быть "конкурентом номер один" в синтезе гормонов щитовидной железы и, следовательно, влиять на ее функцию. В результате  исследований  о влиянии  фтора  при комплексном поступлении в  организм  получено, что безопасное комплексное суточное поступление  фтора  в  организм   человека  составляет около 4 мг/сутки. Определить  на глаз, сколько  фтора  в водопроводной  воде  невозможно. Он бесцветен, не имеет вкуса и запаха. Зато результат его воздействия на организм виден не вооружённым глазом. Вот такие жёлтые пятна возникают, если  вода  имеет повышенный уровень  фтора . Это заболевание называется – Флюороз .

В случае если  фтора  в питьевой  воде  не хватает, то зубы разрушаются кариесом . Порядка 70% нашей территории имеет пониженное содержание  фтора   в   воде.  .

1. 4. Методы определения фтора.

Фотометрический метод

• вариант А – основан на способности  фторид-иона  образовывать раст-воримый в воде тройной комплекс сиреневато-синего цвета, в состав кото-рого входит лантан, ализаринкомплексон и фтор. Интенсивность окраски раствора фотометрируют при длине волны λ = (600±10) нм.

Определению  фторида  сильно мешают алюминий и железо, связывая его в комплекс и занижая результаты.

• вариант Б – основан на том же принципе, что и вариант А, но для повышения оперативности измерения оптической плотности определение проводят в водно-ацетатной среде, в которой полнота развития окраски тройного комплекса лантана, ализаринкомплексона и  фторида  достигается через 15 мин

Потенциометрический метод

 Метод позволяет определять суммарную концентрацию  фторидов  (всех его форм:  иона   фторида , его комплексных соединений). Для определения используют электродную систему, состоящую из фторидного ионселективного электрода и вспомагательного хлор-серебряного электрода. Измерение потенциала фторидного электрода проводят высокоомным рН-метром-милливольт-метром, заменив стеклянный электрод на фторидный, или прибором иономером (нитратомером).

Методы определения массовой концентрации фторидов

• Назначение и область применения

Настоящий стандарт распространяется на питьевую воду и устанавливает методы определения фторидов: фотометрический метод с лантанализаринкомплексоном в водной среде - вариант А (предел обнаружения с доверительной вероятностью Р=0,95 равен 0,04 мг/дм3 при объеме пробы 25 см3, диапазон измеряемых концентраций 0,05-1,0 мг/дм3); фотометрический метод с лантанализаринкомплексоном в водно-ацетоновой среде - вариант Б (предел обнаружения с доверительной вероятностью Р=0,95 равен 0,02 мг/дм3 при объеме пробы 25 см3, диапазон измеряемых концентраций 0,04-0,60 мг/дм3);

• Метод измерения

Метод основан на способности фторид-иона образовывать растворимый в воде тройной комплекс сирено-синего цвета, в состав которого входит  лантан ,  ализарин-комплексон  и фторид. Интенсивность окраски раствора фотометрируют при длине волны (?= 600 ±10) нм.

Определению фторида сильно мешают алюминий и железо, связывая его в комплекс и занижая результаты. Допустимая массовая концентрация алюминия не выше 0,2 мг/дм3, железа - не выше 0,7 мг/дм3.

• Метод отбора проб

Отбор проб - по ГОСТ 4286-89

Объем пробы воды для двух параллельных определений должен быть не менее 100 см3.

Пробы отбирают в полиэтиленовую посуду и не консервируют. Хранят в холодильнике и анализируют не позднее чем через 3 суток.

• Построение градуировочного графика

Определение повторяют еще два-три раза и вычисляют средние значения оптической плотности для каждого раствора. По полученным данным строят градуировочный график зависимости оптической плотности растворов от концентрации фторида в мг/дм3 или рассчитывают уравнение регрессии.

Построение графика повторяют для каждой новой партии реактивов и не реже одного раза в месяц.

• Проведение анализа

- В мерную колбу вместимостью 50 см"' помещают 25,0 -J} анализируемой воды (если массовая концентрация фторидов больше 1,0 мг/дм3, то на анализ берут 10,0 см3 или меньший объем), приливают последовательно 6,5 см3 раствора ализаринкомплексона, 1,5 см3 ацетатного буферного раствора, 5,0 см3 раствора лантана и доводят объем до метки дистиллированной водой. Смесь тщательно перемешивают, выдерживают в течение 1 ч в темном месте и далее измеряют оптическую плотность относительно нулевого раствора. По градуировочному графику или по уравнению регрессии находят массовую концентрацию фторидов в воде в мг/дм3.

- В мерную колбу вместимостью 50 см3 помещают 25,0 см3 анализируемой воды (если массовая концентрация фторидов больше 1,0 мг/дм3, то берут 10,0 см3 или меньший объем), вводят градуировочную пробу с заранее известней концентрацией фторидов (добавку). Значение концентрации добавки в полученном растворе должно находиться в том же диапазоне, что и концентрация фторидов, определенная по п. 1. 4. 1. Определение массовой концентрации фторидов в анализируемой пробе с введенной в нее добавкой проводят исследование.

• Обработка результатов

За окончательный результат анализа принимают среднее арифметическое результатов двух параллельных определений. Концентрацию фторидов в добавке (с), мг/дм3, вычисляют по  формуле  С=С2-С1 где с1 - концентрация фторидов в анализируемой пробе, мг/дм3; с2 - концентрация фторидов в анализируемой пробе с введенной добавкой, мг/дм3.

Глава 2. Результаты исследований

2. 1. Химический состав воды Забайкальского края

Для того что бы узнать химический состав воды с Маккавеево, я посетила лабораторию в которой подробно рассмотрела вопрос анализа воды по ГОСТ 4286-89 который проводился вышеуказанным образом. По результатам исследования питьевой воды согласно протоколу №1116/3. 1 вода содержит 0,23мг. /дм3 фтора. Что соответствует пониженному содержанию фтора в воде с. Маккавеево . В Забайкальском крае в основном выявлены воды с пониженным содержанием фтора в воде. Хотя есть и повышенное содержание фтора в отдельных участках г. Краснокаменска, пос. Газимурский Завод, пгт Новокручининский.

2. 2. Статистические данные заболеваемости

Статистические данные показывают, что содержание фтора в воде влияют на структуру стоматологических заболеваний. Есть районы где кариес зубов выявляется у 70-90% обследованных. В г. Чите среди детей дошкольного возраста пораженность составляет 73%. При повышенном содержании фтора в воде в пгт Новокручининск обследование население показало, что в среднем 88% имеют флюорозные зубы. В с. Маккавеево проведена статистическая обработка материалов, результат которой отражен в таблице.

Статистические данные стоматологических заболеваний жителей с. Маккавеево год Всего посещений Кариес % соотношение Флюороз % соотношение

2007 2039 1086 53 1 0,05

2008 1771 1013 57 2 0,1

2009 1814 1098 61 2 0,1

2010 1399 1080 77 0 0

Из таблицы видно, что заболеваемость кариесом в с. Маккавеево растет из года в год. С 53% за три года вырос до 73%. Заболевание флюороз для нашего села не характерно. В год обращается в стоматологический кабинет 1-2 человека, что составляет 0,1%. Из этого следует, что вода в селе Маккавеево содержит недостаток ионов фтора.

2. 3. Рекомендации по устранению нехватки фтора в организме

Воду для пищевых целей рекомендуется фторировать.

Как это сделать?

1. Метод, с помощью которого можно питьевую  воду , насытить  фтором , это сделают фильтры для воды «Барьер», которые продаются в наших магазинах. Для этого в  воду,  нужно добавить специальные реагенты (продаются вместе с фильтром), которые будут взаимодействовать с  фтором  и тем самым окрашивать  воду   Если  фтор  есть, то  вода  окрасится в синий цвет. Если  фтора  нет, то  вода  будет оранжево-розовой окраски. В кассете фильтра Барьер содержится такой материал, который способен регулировать оптимальное содержание концентрации  фтора   в   воде . Если в исходной  воде  фторидов не было – его растворимость будет увеличиваться, и тем самым  вода  будет обогащаться  фтором .

2. Рекомендуем для чистки зубов использовать пасты, которые содержат фтор . Научные институты проводят тестирование зубных паст, мы проанализировали состав некоторых из них, результаты занесли в таблицу:

Соединения  фтора  и его концентрации в испытанных зубных пастах

№ Зубная паста Соединение  фтора  Конц. F в мг/кг

1 Новый Жемчуг Na2 PO3 F 990±32

2 Dental Dream Anticaries Na2 PO3 F 1020±15

3 Фтородент Na2PO3F 860±40

4 Blend-a-med новый улуч. NaF 1460±21

Из таблицы видно, что в зубных пастах содержатся 2 вида соединений фтора  (фторид натрия и монофторфосфат натрия), концентрации которых существенно различаются (примерно в 1,8 раза - от 860-1460 мг/кг). Больше всего фтора содержит паста Blend-a-med, поэтому рекомендуется жителем села Маккавеево пользоваться этой пастой. Но необходимо помнить, что наши рекомендации не будут эффективны, если забыть о гигиене . Залогом здоровья зубов и десен, всех органов и тканей полости рта, является тщательная регулярная, систематическая и правильная гигиена полости рта.

Заключение

Изучив статистические данные, состав и свойства воды мы пришли к выводу, что ионы фтора напрямую влияют на стоматологические заболевания. Там, где его недостаток - развивается кариес, где избыток - флюороз. Судя по распространению этих заболеваний в с. Маккавеево, Забайкальского края, вода имеет не везде сбалансированный состав. Если использовать наши советы фторировать воду, чистить зубы пастами содержащими фтор, соблюдать гигиену полости рта, то уменьшится количество случаев заболевания кариесом.

Выполняя все наши рекомендации можно рассчитывать на сохранение зубов и десен в хорошем здоровом состоянии. Жители с. Маккавеево будут долгие годы радовать нас своей белозубой улыбкой.

Перспектива: При проведении исследования я узнала, как устранять дефицит фтора или его избыток, какие последствия происходят в организме из- за этого элемента. До исследования считала, что в воде содержания фтора в избытке, поэтому люди страдают заболеванием кариеса, оказалось кариес развивается от недостатка фтора в воде. Влияние микроэлементов на организм человека огромно, есть еще много вопросов, которые можно изучать. В дальнейшем планирую провести исследование влияния йода, цинка, меди на организм человека это позволит сохранить и укрепить здоровье односельчанам.