XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние фторидов питьевой воды на организм человека
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Существует много противоречий на тему влияния фтора на организм человека, однако нам так и неизвестны все последствия, которые происходят под влиянием активности фторид ионов. Не уделяется должного внимания и профилактике заболеваний человека, напрямую связанных со фтором, содержащимся в питьевой воде. В данной работе собраны и проанализированы труды учёных на темы: источники фторид ионов, значение фтора, как химического элемента, его влияние на организм человека в целом, а также на работу отдельных органов, механизм действия флюороза. Выдвигаемой гипотезой данного проекта является утверждение о том, что растворённый в воде фтор в определённых концентрациях опасен для нормальной работы организма человека.
В нашей местности особо актуальна проблема, связанная с ухудшением здоровья людей из-за употребления проточной воды. В больницу регулярно поступают жалобы на пожелтение эмали зубов, ломкость и хрупкость суставов. Поэтому целью данного проекта является обратить внимание района, области и остальных регионов нашей страны на вопрос о повышенном содержании фтора в питьевой воде, чтобы обеспечить тщательное решение этой проблемы.
В ходе работы были проанализированы результаты исследований, проводимых разными авторами. Представлены статистические данные последствий деятельности фтора, изучен охват и распространение заболеваний, методы борьбы с повышенной концентрацией изучаемого элемента в воде.
1.Фтор
«Фторос» в переводе с греческого означает «разрушительный». Химическая активность фторид иона делает его физиологически более активным, чем ионы любых других элементов. Фтор и его соединения имеют большое промышленное значение. Без него невозможно существование ряда производств редких и цветных металлов, в том числе и химическая промышленность. Действие фтора на человека, по мнению ряда ученых, в малых количествах полезно. Но в относительно больших дозах он вреден и вызывает тяжелые заболевания.
Вообще фтор — полезный элемент. Он нужен для образования и укрепления костной ткани, благодаря ему кости при переломах срастаются быстрее, а зубы не покрываются кариесом, а также элемент требуется для ряда других важных процессов, например, для формирования эритроцитов. Чтобы организм был в норме, взрослому человеку нужно 1,5-5 мг фтора в сутки. Больше всего фтора мы получаем с питьевой водой. До 1954 года считалось, что предельно допустимая концентрация фтора в питьевой воде — один миллиграмм на литр. Сегодня полезная доза фтора увеличена до 1,5 мг/л.
Когда в воде содержится много фтора, и человек регулярно пьёт такую воду, начинается флюороз с вытекающими последствиями вроде остеопороза. Но первые видимые признаки появляются на зубах. Потому что фтор превращает гидроксиапатит во фторапатит и токсически действует на энамелобласты. Как следствие — неправильное формирование эмали.
Гидроксиапатит — это минерал, входящий в состав эмали. Зрелая эмаль состоит из плотно расположенных кристаллов гидроксиапатита и имеет вид трёхмерной сети фибриллярных структур толщиной около 8 нм. Его идеальная формула — Ca10(PO4)6(OH)2. Когда в кристаллическую решётку гидроксиапатита вместо ОН-групп включается фтор, образуется новое соединение — фторапатит. Он более стабильный и устойчивый и растворяется при рН 4,5. Это происходит как до прорезывания зуба, так и после.
Получается, что фториды, с одной стороны блокируют входы для кислоты в эмаль, а с другой — мешают выведению кальция и фосфатов из неё. Таким образом, повышается кислотоустойчивость, что обеспечивает защиту от кариесогенной микрофлоры. Это значит, что бактериям Streptococcus mutans, которые обитают в полости рта и постоянно выделяют кислоту, приводящую к кариесу, понадобится больше времени, чтобы причинить зубам вред.
2.Механика фтора
Чтобы подробнее изучить действие флюороза обратимся к процессу формирования зубной эмали.
Фаза созревания эмали (глобальное взаимодействие минеральных компонентов, таких как фосфор, кальций, фтор и др.) происходит в три стадии. На первой стадии секреции и первичной минерализации происходит процесс обезвествления – откладываются кристаллы гидроксиапатита, и формируется начальный слой эмали. На стадии созревания (вторичная минерализация) образуется вторичная кутикула эмали, которая покрывает и защищает эмаль.
Стадия окончательного созревания (третичная минерализация) идёт после прорезывания зуба. Здесь происходит завершение минерализации эмали преимущественно путём поступления ионов из слюны.
Большое количество фторидов просто ломает процесс созревания матрицы эмали, нарушая связь белкового и минерального компонентов, и оказывает токсическое действие на рост кристаллов эмали. Внешне это проявится в основном в постоянных зубах, реже — в молочных, так как они закладываются во время внутриутробного развития. И избыток фтора на этом этапе чаще всего никак не повлияет на плод: его защищает плацентарный барьер. Но если мать тяжело переболеет гриппом или ковидом, тогда есть риск гипоплазии — дефекта закладки эмали. То есть у ребёнка зубы прорежутся депигментированными, могут появиться белые пятна, углубления или бороздки.
3.Флюороз
При повышенном содержании фтора в воде у людей наблюдается флюороз зубов. Флюороз – некариозное поражение твердых тканей зуба, он не является заболеванием, опасным для жизни или имеющим серьезные осложнения, однако его наличие у населения вызывает беспокойство о здоровье своих зубов, приводит к проблемам с лечением, а также оно финансово затратно при серьезном течении заболевания. Флюороз эмали и первичный флюороз дентина могут возникать только при формировании зубов, и поэтому воздействие фторида происходит в детстве. На стадии раннего созревания относительное количество белка амелогенина увеличивается во фторированной эмали дозозависимым образом. Это, по-видимому, является результатом задержки удаления амелогенинов по мере созревания эмали. Частой проблемой у людей с флюорозом является эстетическая сторона проблемы. Люди из разных социальных слоев по-разному воспринимают флюороз. При наличии повышенного или нормального уровня фтора в воде у детей флюороз проявляется в очень легкой или легкой степени, что не влияет на качество их жизни, так как пятна не заметны эстетически.
Ряд исследований Европы и США показывает, что максимальное снижение кариеса (до 60%) при минимальном флюорозе зубов наблюдается при концентрации фтора в питьевой воде 1 мг/л. При этом недостаточно исследовано или вообще не изучалось действие фтора на другие органы и ткани организма. Однако некоторые исследователи указывают на возможность нарушения функций щитовидной железы.
Флюороз является противоположность кариеса. Положительная сторона состоит в том, что стрептококки не смогут пройти через такой барьер, и флюороз защищает от кариеса. Отрицательной стороной является нарушение эмали и дентина зуба из-за высокого содержания фтора, а также это заболевание остаётся на всю жизнь.
Максимальные риски заработать флюороз — у младенцев на искусственном вскармливании и детей до 15 лет, которые пьют воду с повышенным содержанием фтора. Но если вы взрослый человек с флюорозом, то надо помнить, что возникшая форма остаётся с вами навсегда. Тактика лечения зависит от стадии. При лёгкой — это когда на зубах небольшие пятна и штрихи — отбеливание раз в год и реминерализация без фтора. А если случай тяжёлый с изменением коронок зубов за счёт эрозий и отлома частей зубов — виниры и коронки. Это требует больших затрат, но поможет сохранить зубы. Поэтому первое, что нужно сделать, — убедиться, что вода, которую вы пьёте, содержит нормальные дозировки фтора.
4.Статистика
В результате потребления воды, содержащей около 1 мг/л фтора, описываются расстройства нервного и аллергического характера. Также имеются указания, что вода, содержащая 1,5 мг/л фтора, нарушает функции центральной нервной системы. Вредное влияние фтора на организм человека проявляется при повышенном содержании фтора в окружающей среде, воде и продуктах питания. 1 мг/л в питьевой воде предупреждает развитие кариеса зубов, 2 мг/л и более вызывает поражения эмали, 8мг/л в питьевой воде приводит к остеосклерозу, при повышении концентрации фтора в воде и пище до 100 мг/кг происходит задержка роста, выше 125 мг/кг поражения почек, разовый прием 2,5-5,0 г фтора вызывает быстрый смертельный исход.
Основными источниками фтора, поступающего в организм человека, являются: питьевая вода, продукты питания, пыль и газообразные соединение фтора, вдыхаемые в легкие. Фтор содержится почти во всех продуктах питания. Наибольшее количество фтора содержится в рыбных продуктах - до 85 мг/кг и в некоторых сортах чая – до 336 мг/кг. Растворимые соединения фтора из кишечника всасываются до 80%. В организме человека в основном этот элемент накапливается в костных тканях. Содержание фтора в плазме крови постоянно, составляет в пределах 0,14-0,19 мг/л и практически не повышается при употреблении воды до концентрации фтора в ней 25 мг/л. Установлено, что в материнском молоке содержание фтора почти такое же, как и в плазме крови 0,1- 0,2 мг/л. Однако в молоке женщин, работающих на производстве, где выделяются фтористые соединения, было обнаружено фтора в 10 раз больше, а в молоке матерей, не работающих на таких предприятиях, но живущих на расстоянии от них на 1,0-1,5 км, содержание фтора составляет в 2,5-5,0 раз больше. При выделении с потом содержание фтора составляет 25-46% от общего суточного его выделения, со слюной выделяется до 10%, остальное выделяется с мочой.
5.Охват заболеваний
Токсичное хроническое действие фтора на скелетную систему возникает при потреблении питьевой воды, содержащей более 8 мг/л фтора, а также при длительной работе с фторсодержащими соединениями. Это проявляется в повышении плотности костной ткани. Нейрологические симптомы при флюорозе скелета выражаются в основном в мышечной слабости. При высокой дозе фтора происходит поражение почек - острый токсический нефрит. Имеются литературные данные о токсическом влиянии фтора на центральную нервную систему.
Ведущие химики и медики говорят, что фтор очень ядовит, плохо влияет на кости, детородную функцию, психику и общее состояние здоровья человека. Автор лозунга «Фтор полезен для зубов» и кампании известного проекта «Манхеттен», сотрудник Рочестерского Университета Ходж, с целью использования фторида натрия – побочного продукта ядерного оружия, предложил провести фторирование питьевой воды. Ученые утверждают, что в связи фторированием воды происходило массовое загрязнение окружающей среды, которое унесло жизни тысяч людей и навредило здоровью более шести тысячам. Несмотря на очевидные факты, Всемирная Организация Здравоохранения (ВОЗ) не подтвердила вреда фторирования. Но сегодня мнение ученых едино: фтор и его соединения вредны для человека.
6.Распространение
Проблема флюороза особо актуальна в районах: Центральной Мексики, южной части Индии, Восточного Непала, Китая, островов Фиджи, Мадагаскара, севера Пакистана. Эти данные говорят об отсутствии географической привязанности регионов с повышенным содержанием фтора в питьевой воде. Они эндемичны и не связаны, например, с залежами полезных ископаемых или наличием вредных производств. Из-за малого количества районов с крайне высоким содержанием фтора в питьевой воде, такие проявления не могут быть полноценно изучены из-за недостатка выборки. В здравоохранении вопрос флюороза не является актуальным и первостепенным, отчего качество проводимых мероприятий низкое.
Важно сказать, что флюороз — проблема не одного крана в какой-то отдельно взятой квартире, а целого района или региона. Такой флюороз называется эндемическим, и чаще всего именно с ним приходят к стоматологу. Бывает, что причина флюороза буквально витает в воздухе. Обычно это бывает у людей, которые в основном заняты на производстве алюминия, где в связи с особенностями производства очень много фтора в воздухе, и при контакте с такими испарениями возникает профессиональный флюороз. Но это редкий случай.
7.Методы борьбы
С высоким содержанием фтора в воде борются обычно только рекомендациями по контролю уровня фтора в питьевой воде, а именно: дефторирование воды и контроль полученных результатов исследований. Рекомендации ВОЗ уже 70 лет неизменны: в районах с низким содержанием фтора можно и нужно фторировать воду и применять зубные пасты со фтором, т.к. это уменьшает интенсивность кариеса. Но регулирование таких моментов в некоторых странах и по сей день не проводится.
Существуют методы для очищения фторированной воды:
-
Адсорбция – метод, позволяющий почти полностью извлечь смесь из газовой или жидкостной среды.
-
Коагуляция – очистка воды, слипание и соединение друг с другом мельчайших частиц для их укрупнения и формирования хлопьев, выпадающих в осадок.
-
Мембранная фильтрация
-
Осмос – односторонняя диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану в более концентрированный раствор.
8.Влияние питьевой воды с повышенным содержанием фтора на функцию щитовидной железы
Известно, что поражения щитовидной железы и расстройства её функции не всегда сопровождаются клиническими или морфологическими признаками. Поэтому изучение влияния питьевой воды с тем или иным содержанием фтора нужно начать с изучения функции самой щитовидной железы. В последние годы был предложен метод, основанный на поглощении щитовидной железой радиоактивного йода. В Казахстане учёные провели опыты, доказывающие воздействие фтора на работу щитовидной железы. Было изучено влияние длительного поступления воды с различным содержанием фтора на функциональное состояние щитовидной железы белых крыс; кроме того изучалась функциональная активность железы у молодых людей из эндемичных и неэндемичных по флюорозу местностей. В ходе опытов были сделаны выводы:
-
Влияние длительного потребления воды с повышенным содержанием фтора на функциональную активность щитовидной железы крыс начинается с дозы фтора в 0,25-0,35 мг/кг веса в сутки (концентрация фтора в воде 5-7 мг/л).
-
Действие фтора в дозах 0,35-0,5 мг/кг веса (7-10 мг/л) проявляется не в угнетении щитовидной железы, а, напротив, в её активации. Активация при дозе 0,5 мг/кг веса сопровождается некоторой гиперплазией железы.
-
Показатели активности щитовидной железы у обследованных юношей и девушек с различными степенями флюороза из местностей, содержащих в питьевой воде до 2,4 мг/л фтора, характерны для нормы и не имеют существенных отличий от показателей контрольной группы обследованных.
Заключение
Итак, в ходе исследования были изучены: значение и свойства химического элемента фтора, источники фтора, его влияние на организм человека при разном содержании в питьевой воде, механизм протекания флюороза. А также рассмотрен охват и распространение заболеваний флюорозом, выявлена эндемичность районов. Установлена определённая зависимость работы щитовидной железы от концентрации употребляемого фтора. В ходе работы была подтверждена гипотеза, заключающаяся в том, что фтор в определённых количествах опасен и разрушительно действует на организм человека, токсически подавляя многие системы органов. Исходя из результатов проведённой работы автор надеется, что в дальнейшем государство примет больше мер профилактики, направленных на очистку и фильтрацию питьевой воды в целях уменьшения и исключения случаев связанных со фтором заболеваний, которые поспособствуют улучшению здоровья и повышению продолжительности жизни граждан нашей страны. Автор рекомендует проверять воду, которую вы употребляете, на предмет концентрации в ней фтора, а также, в случае выявления проблемы, обращаться по этому вопросу к местным властям. Данные меры профилактики помогут сохранить здоровье зубов и костей, повысить работоспособность и выносливость, улучшить работу нервной системы.
Список литературы
-
Гумбатова Р.М. «Влияние фтора на организм человека»
-
Ядыкина Т.К., Бугаева М.С., Кочергина Т.В., Михайлова Н.Н. «Клинико-экспериментальные исследования влияния хронической фтористой интоксикации на гормональный статус организма и морфологические изменения щитовидной железы»
-
Ядыкина Т.К., Михайлова Н.Н., Бугаева М.С., Горохова Л.Г., Кислицына В.В., Данилов И.П., Кочергина Т.В. «Проблемы формирования токсической гепатопатии в условиях хронической фтористой интоксикации организма»
-
Венгловский В.В.*, Жакенова С.Р. «Интенсивность заболевания кариесом и флюорозом в регионах с высоким содержанием фтора в питьевой воде: обзор литературы»
-
Книжников В.А. «О влиянии питьевой воды с повышенным содержанием фтора на функцию щитовидной железы»