Fortbildung: Toxikologie und Allergologie

Stoffwechsel und Toxizität von Fluorid

Die Kariesprävalenz und die Karieserfahrung bei zwölfjährigen Kindern in Deutschland sind in den letzten 25 Jahren überaus stark zurückgegangen. Als eine Hauptursache für diese Entwicklung, die auch in anderen Industrieländern erkennbar ist, wird die verbreitete Verfügbarkeit von Fluorid an der Zahnoberfläche angesehen.

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Abbildung 1: Berechnungsbeispiel zur akuten Toxizität von Fluorid nach Verzehr einer Tube Kinderzahnpaste durch ein dreijähriges Kind. Schiffner

Die Deklaration auf der Mineralwasserflasche sagt deutlich, dass dieses Wasser sich zum Beispiel nicht zur Zubereitung von Kinder- breien oder von Flaschennahrung eignet. © Schiffner
Diese Abbildung zeigt eine deutliche Fluorose beim Kind. © Schiffner
Diese Abbildung zeigt eine leichte Fluorose. © Schiffner
Prof. Dr. Ulrich Schiffner - Studium der Zahnheilkunde an der Universität Hamburg, 1980 Approbation, 1981 Promotion, seit 1982 am Zentrum ZMK des UKE, 1988 bis 1992 Vorstandsmitglied der Deutschen Gesellschaft für Zahnerhaltung DGZ, 1993 Habilitation, 1994 Oberarzt, 1996 Professur, 2002 bis 2006 1. Vorsitzender des AK für Epidemiologie und Public Health der DGZMK, 2004–2008 Präsident der Deutschen Gesellschaft für Kinderzahnheilkunde DGK, seit 2008 Fortbildungsreferent der Deutschen Gesellschaft für Kinderzahnheilkunde. Fortbildungskurse zur Kariesprävention Forschungsschwerpunkte: Kariesätiologie und -prophylaxe, Epidemiologie, Deutsche Mundgesundheitsstudien © privat

Metaanalysen bestätigen mit hoher Evidenz, dass fluoridhaltige Zahnpasten einen Kariesrückgang bewirken [Marinho et al., 2003]. Dieser unbestritten bedeutende Fluorideffekt soll und darf in keiner Weise infrage gestellt werden, wenn im Folgenden die seit Längerem bekannten Stoffwechselwege von Fluorid und Aspekte dessen Toxizität dargestellt werden.


Artikel des Fortbildungsteils "Fremd im Mund"

Zur mechanischen Desintegration des subgingivalen Biofilms kommen in der Parodontitistherapie seit einigen Jahren vermehrt Luft-Pulver-Wasserstrahlgeräte zum Einsatz. Doch wie risikoreich ist das Verfahren? Kann die Applikation von Druckluft und kleinsten Pulverpartikeln in den Sulkus das dentale Gewebe und die Restaurationen nachhaltig beschädigen?

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Immer mehr Menschen wollen zahnfarbene Materialien als Zahn-Restaurationswerkstoffe. Dabei soll natürlich gewährleistet sein, dass diese Materialien nicht nur gut aussehen und gut halten, sondern dass sie auch gut verträglich sind. Wachsendes Interesse erlangen deshalb Fragen nach der Toxikologie, Biokompatibilität und Verträglichkeit dieser Werkstoffe.

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Die Kariesprävalenz und die Karieserfahrung bei zwölfjährigen Kindern in Deutschland sind in den letzten 25 Jahren überaus stark zurückgegangen. Als eine Hauptursache für diese Entwicklung, die auch in anderen Industrieländern erkennbar ist, wird die verbreitete Verfügbarkeit von Fluorid an der Zahnoberfläche angesehen.

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Der vorliegende Beitrag ergänzt den Fortbildungsteil aus zm 24/2016 mit dem Aspekt eines weiteren, in den Organismus eingebrachten „Fremdkörpers“. Die Autoren diskutieren Titan, das allgemein als inert gilt und die Reaktionen des umliegenden Gewebes darauf. Ihr Fazit: Eine Titanallergie ist bislang nicht belegt, Unverträglichkeiten sind jedoch durchaus beschrieben.

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Grundlagen des Elements

Ubiquitär: Fluoride sind Bestandteil von Salzen des Elementes Fluor. Fluorid ist überall vorhanden: In jedem Boden, in jedem Wasser, auch in jedem Trinkwasser, mithin auch in jedem pflanzlichen oder tierischen Organismus. Fluorid ist somit kein Fremdstoff für den menschlichen Organismus.

Obgleich Fluorid das in der Umwelt am 13. häufigsten vorkommende Element darstellt [Buzalaf und Whitford, 2011], ist seine Konzentration durchweg sehr gering und wird in Flüssigkeiten in Größenordnungen von mg/Liter gemessen. In der Zahnmedizin ist die Darstellung als ppm (parts per million) üblich, die der Angabe von mg/L beziehungsweise µg/ml entspricht.

Vergleichsweise hohe Fluoridkonzentrationen können in Böden mit vulkanischer Aktivität oder Vergangenheit gefunden werden. Natürlich vorkommende Wasser in diesen Gebieten sind ebenfalls mit höheren Fluoridkonzentrationen versehen. In Deutschland weisen mehr als 90 Prozent aller Trinkwässer Fluoridgehalte von weniger als 0,3 ppm auf [Bundesinstitut für Risikobewertung, 2005].

Bedeutung: Fluorid ist ein Spurenelement mit großer Bedeutung für höhere Lebewesen. Es ist unbedingt zur Bildung von Apatitstrukturen, also von Knochen und Zähnen, erforderlich. In den Zahnhartgeweben ist Fluorid ungleichmäßig verteilt: Die höchste Konzentration liegt im inneren Dentin, unmittelbar neben der Pulpa vor. Relevant ist allerdings die Verteilung im Schmelz. Hier ist die höchste Konzentration an der Schmelzoberfläche mit einer Konzentration von ca. 200 – 300 ppm zu finden [Weatherell et al., 1977].

Nahrung: Lebensmittel enthalten durchweg nur sehr geringe Fluoridmengen. Allerdings können einzelne Mineralwässer deutlich höhere Fluoridgehalte aufweisen. Sofern die Fluoridkonzentration 1,5 ppm überschreitet, muss auf der Wasserflasche ein Hinweis aufgedruckt sein, dass das Mineralwasser für Säuglinge und Kinder unter sieben Jahren nicht zum regelmäßigen Verzehr geeignet ist [Mineral- und Tafelwasser-Verordnung, Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, 2014]. Zweck des Hinweises ist, der Entstehung von Fluorosen keinen Vorschub zu leisten.

Fluorose: Bereits um 1900 wurde in überlieferten Berichten über das endemische Auftreten von geflecktem Zahnschmelz in Neapel oder Colorado Springs [„Colorado brown stain“; Gülzow 1995, National Institute of Dental and Craniofacial Research, undatiert] informiert. Erste Studien zur Ermittlung der Ursache des gefleckten Schmelzes wiesen bereits auf Trinkwasser mit hohen Anteilen von Fluorid in diesen Gebieten hin. Zugleich fiel aber auch auf, dass in Gebieten mit hohem Fluoridgehalt des Trinkwassers eine niedrigere Kariesprävalenz zu beobachten war [Gülzow, 1995; National Institute of Dental and Craniofacial Research, undatiert].

Diese beiden Beobachtungen waren Anlass zu der „21 Städte-Studie“ von Dean. Im Ergebnis dieser in mehreren Publikationen veröffentlichten Untersuchungen wurden deutliche Zusammenhänge zwischen steigendem Fluoridgehalt des Trinkwassers sowie abnehmender Kariesprävalenz bei zugleich zunehmender Fluoroseprävalenz gefunden [Dean, 1938; Dean et al., 1941; Dean et al., 1942].

Optimaler Fluoridgehalt: Diese Kenntnis führte zur Formulierung eines „optimalen Fluoridgehaltes“ von 1 ppm Fluorid im Trinkwasser, um bei möglichst geringer Karieslast zugleich möglichst wenig Fluorosen zu erhalten [National Institute of Dental and Craniofacial Research, undatiert]. Dieser Empfehlung folgend wurde seither in den USA in großem Umfang die Trinkwasserfluoridierung mit einem Anheben des natürlichen Fluoridgehaltes auf 1 ppm durchgeführt.

2015 wurde eine neue Empfehlung mit einem Fluoridgehalt von 0,7 ppm ausgesprochen [U.S. Department of Health Human Services, 2015], die den überwiegend lokalen Wirkungsmechanismus von Fluorid und die in den vergangenen Jahrzehnten erheblich gestiegene Verfügbarkeit fluoridhaltiger Zahnpflegeprodukte berücksichtigt.

Fluorid-Stoffwechsel

Die Stoffwechselwege von Fluorid im menschlichen Organismus sind gut dokumentiert. Generell wird im menschlichen Serum und im Plasma ein Fluoridspiegel von 0,01 bis 0,025 ppm aufrechterhalten. Nach der oralen Aufnahme wird Fluorid aus wasserlöslichen, gut dissoziierenden Verbindungen schnell und fast vollständig im Gastrointestinaltrakt resorbiert [Rugg-Gunn et al., 2011]. Weniger gut lösliche Verbindungen (wie Kalziumfluorid) werden verzögert und in geringerem Maße resorbiert.

Nach der Einnahme von 1 mg Fluorid kommt es zu einem raschen Anstieg der Plasmakonzentration auf rund 0,05 ppm; diese Maximalkonzentration wird nach etwa 30 Minuten erreicht. Anschließend wird das Fluorid aus dem Plasma eliminiert; nach etwa drei bis sechs Stunden ist der Ausgangslevel wieder erreicht [Rugg-Gunn et al., 2011]. Die Eliminierung erfolgt zum übergroßen Teil durch die Nieren [Buzalaf und Whitford, 2011]. Etwa jeweils ein Prozent der aufgenommenen Fluoridmenge wird über die Speicheldrüsen und die Schweißdrüsen ausgeschieden. Der Fluorid-eliminierung über den Speichel wurde eine gewisse Bedeutung für die Kariesprävention zugebilligt. Diese Bedeutung kann heute jedoch in Abwägung der geringen hier ausgeschiedenen Menge und in Kenntnis der konzentrationsabhängigen karieshemmenden Wirkung von Fluorid lokal an der Zahnoberfläche nicht mehr angeführt werden.

Die Nieren können beim Erwachsenen die vollständige Ausscheidung von bis zu etwa 10 mg Fluorid pro Tag bewältigen. Im Hintergrund der ausgeglichenen Fluoridbilanz (im Saldo wird die gesamte aufgenommene Fluoridmenge wieder ausgeschieden) findet jedoch stets ein Austausch von rund 36 Prozent der aufgenommenen Fluoridmenge zwischen dem Plasma und dem Skelett- system statt [Buzalaf und Whitford, 2011].

Bei Kindern ist die Fluoridbilanz infolge des Körperwachstums positiv, das heißt, es verbleibt ein beträchtlicher Teil des aufgenommenen Fluorids im Körper. Es findet bei dieser positiven Fluoridbilanz eine Retention von etwa 55 Prozent des aufgenommenen Fluorids in Knochen und Zähnen statt. Die Retention ist physiologisch und dient dem Knochenwachstum sowie der Zahnbildung.

Hauptsächlich ist Fluorid im Körper im Skelettsystem anzufinden, in dem nahezu 99 Prozent des gesamten Körperfluorids gespeichert sind [Buzalaf und Whitford, 2011]. Von Bedeutung als Medium, über das die Verteilung des Fluorids in die Zielorgane erfolgt, ist das Plasma. Die Verteilung in die Weichgewebe ist jedoch nicht gleichmäßig. Im Verhältnis zur Plasma-Fluoridkonzentration werden vierfach höhere Konzentrationen in der Niere gefunden. Im Gehirn macht die Konzentration hingegen nur rund 10 Prozent der Plasmakonzentration aus [Buzalaf und Whitford, 2011].

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