VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Фтор, как составляющая стоматологического здоровья жителей Забайкальского края

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Симакин Д.П. 1

---

1ГОУ Кадетская Общеобразовательная Школа- Интернат Забайкальского края

Яковлева В.Н. 1

---

1ГОУ Кадетская Общеобразовательная Школа- Интернат Забайкальского края.

Работа в формате PDF

319.2 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Производители часто рекламируют зубные пасты, с добавлением фтора, указывая на их преимущество перед пастами без подобной добавки. Несмотря на то, что зубная эмаль - самая твердая ткань, производимая человеком, она нередко подвержена всевозможным заболеваниям. К примеру, кариес- самое распространённое человеческое заболевание. По статистике, данное заболевание наблюдалось у 93% населения Земли. Связаны ли это и прочие заболевания с фтором? На одном из новостных порталов Читы была опубликована новость, о заведении уголовного дела, по факту проверки качества поступаемой к жителям Краснокаменска воды. В ходе проверки было выявлено, что концентрация фтора в воде значительно превышает ПДК. Следовательно, в Забайкалье, гипотетически не только в Краснокаменске, возможно превышение ПДК фтора. Сопоставив эти два факта, мы задумались: Если в Забайкалье имеют место случаи превышения ПДК фтора, стоит ли принимать действия, по намеренному увеличению поступления фтора в организм? Каковы будут последствия, в случае избытка фтора в организме? В случае дефицита? Для ответа на вышеуказанные вопросы в 2018 году написана научно-исследовательская работа. Однако отбор проб воды производился лишь в черте города. Логическим продолжением той работы стал отбор проб воды в нескольких различных населенных пунктах Забайкальского Края.

Актуальность темы заключается в следующем: В отличии от большинства субъектов России, в Забайкалье ведется разработка месторождений всевозможных ископаемых. Как следствие, к жителям региона потенциально может поступать загрязненная различными солями, в том числе и солями фтора, вода. Данная гипотеза, вносит всех жителей в группу, подверженную негативному влиянию фтора, независимо от их попыток оградить себя от этого влияния, так как питьевая вода необходима человеку ежедневно.

Объект исследования: источники поступления фтора в организм человека.

Предмет исследования: влияние фтора на стоматологическое здоровье жителей. Забайкальского края.

Проблема Исследования: негативное влияние дефицита или избытка фтора на стоматологическое здоровье жителей некоторых районов Забайкальского края.

Гипотеза: связано ли поступление фтора в организм со стоматологическим здоровьем жителей некоторых районов Забайкальского края.

Цель исследования: определить среднее количество поступаемого фтора в организм жителей некоторых районов Забайкальского края и изучить его влияние на организм, исходя из нормативных показателей.

Задачи:

Оценить среднее количество потребляемого жителями Забайкальского края фтора.

Исходя из результатов, оценить последствия влияния фтора на стоматологическое здоровье жителей районов Забайкальского края..

Предложить рекомендации для нормализации количества поступаемого фтора.

Методы исследования:

Поиск и обработка информации

Измерение

Сравнение и анализ полученных данных

Глава 1. Общие сведения о фторе и его влиянии на организм

Фтор в организме человека

Фтор- типичный неметалл относящийся к группе галогенов. В нормальных условиях- это удушливый газ желтого цвета, легче воздуха . Электронная конфигурация фтора наглядно описывает его химические свойства. 1s²2s²2p⁵. Конфигурация говорит о нехватке одного электрона на внешнем энергетическом p-подуровне. Следовательно, фтор проявляет себя как сильнейший окислитель, наряду со всеми остальными галогенами. Однако, в отличии от остальных галогенов, спаренные электроны фтора не распариваются в возбужденном состоянии и не переходят на d-подуровень. Из-за этого явления, к примеру, хлор может проявлять степени окисления -1,+1,+3,+5,+7. Фтор же всех соединениях проявляет единственную степень окисления: -1. Наибольшая среди всех элементов электроотрицательность обуславливает сильнейшие окислительные свойства фтора. Воздействие фтора приводит к окислению сильнеших окислителей, например кислорода, с которым фтор образует не оксид фтора, а фторид кислорода. В результате остальных реакций фтора так же образуются соли- фториды[6].
В природе фтор, из за своей активности, не встречается в чистом виде. Если в случае менее активных веществ, вроде серы или некоторых металлов встречаются самородки, то фтор в природе всегда находится в составе солей, их растворов или минералов. Окислительные возможности фтора обуславливают его чрезвычайную опасность. Вдыхание паров фтора незамедлительно приводит к реакциям окисления на поверхности слизистой и легких. Это свойство фтора долгое время было препятствием к его выделению в чистом виде. Несколько ученых, в попытке выделить чистый фтор из его соединений, погибали, вдыхая пары полученного ими вещества. Несмотря на свою токсичность, фтор является жизненно необходимым для организма элементом. В организме человека фтор в основном содержится в эмали зубов в составе фторапатита — Са₁₀(РО₄)₆F₂. Общее его содержание составляет 2,6 г. В это число так же входит фтор, содержащийся в костях. Следовательно, дефицит или избыток фтора будут иметь широкое влияние на состояние костей и зубов. [7] Источником поступления фтора в организм человека могут служить пища и вода. Однако продукты содержат слишком мало фтора, чтобы говорить об их существенном влиянии на дефицит или избыток фтора в организме. К примеру, чтобы достигнуть суточной нормы, необходимо съедать около килограмма сельди в день. Ниже приведена таблица 1. содержания фтора в некоторых продуктах и процент этого количества от суточной нормы для человека.

Таблица 1

Содержание фтора в различных продуктах.

Как видите, фтор в пище содержится в относительно больших количествах только в морепродуктах. В случае менее богатой фтором пищи, количество продукта в сутки и вовсе становится невозможным для ежедневного употребления. Более того, фтор из пищи усваивается гораздо хуже, чем фтор, растворенный в воде.[3] Следовательно, ключевую роль в снабжении организма фтором играет именно питьевая вода.

Собственно в водопроводе фтор может появляться по двум причинам: Плохая очистка воды (в особенности в районах добычи ископаемых), и из-за искусственного фторирования воды. В середине XX века была выведена зависимость между дефицитом фтора и развитием кариеса. Тогда были приняты меру по искусственному обогащению воды фторидами [4].

Нормальное суточное поступление фтора в организм человека равно 2,5—3,5 мг. При недостаточном (менее 0,5 мг/литр питьевой воды) или избыточном (более 1 мг/литр) потреблении фтора организмом могут развиваться заболевания зубов: кариес и флюороз (крапчатость эмали) соответственно [3].

Теперь необходимо понять, как фтор связан с развитием этих двух заболеваний.

1.2.Сущность заболеваний, вызванных фтором

Как же дефицит фтора влияет на развитие кариеса? Дело в том, что фтор, в составе фторапатитов, уменьшает процесс диминерализации зуба. Связано это с образованием новых фторапатитов, в моменты разрушения старых. Ионы фтора образуют новые соединения, имеющие устойчивость к воздействию кислот. Таким образом, при воздействии различных разрушителей фторапатитов на эмаль, фтор, благодаря своей активности, образует новые прочные соединения, вновь осаждающиеся на поверхность зубной эмали. Именно они на дают зубу разрушаться. Логично, что в случае отсутствия фтора, новые соединения фторапатитов не могут образовываться, а зубная эмаль начинает разрушаться. Собственно, это и есть начало развития кариеса. [8]

Итак, что же происходит при дефиците фтора? В 97% зубной эмали содержится так называемый гидроксиапатит - Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂. Несмотря на физическую прочность этого вещества, оно легко обменивается ионами. ОН группа зачастую вытесняется анионами галогенов, к которым и относится фтор. В результате обмена, на месте гидроксиапатита образуется фторапатит-Са₁₀(РО₄)₆F₂. Излишнее количество этого соединения, как было сказано выше, почти полностью исключает развитие кариеса, однако влечет за собой другие симптомы. Первым признаком большого количества поступаемого в организм фтора является появление отдельных желтых пятен фторапатита на поверхности зубов. При продолжительном развитии заболевания появляется ломкость зубов, вплоть до их полного разрушения. Данное заболевание называется флюороз [2].

Итак, теперь становится ясно, что фтор оказывает непосредственное влияние на развитие двух заболеваний. Более того, и большое и малое количество поступаемого фтора потенциально опасно для стоматологического здоровья людей. Теперь необходимо вывести зависимость между содержанием фтора в питьевой воде, и уровнем заболеваемости населения, употребляющего данную воду.

1.3 Влияние различных концентраций фтора в воде на население

Конкретные показатели концентрации их значение установлены стандартом ГОСТ Российской Федерации. Они приведены в таблице 2.

Таблица 2

Наименование различных показателей концентрации фтора в воде.

0,3—0,7 мг/л — «низкая концентрация» F. Население в 1,2—2 раза чаще страдают от кариеса, по сравнению с населением, употребляющим воду с оптимальной концентрацией F. Флюороз I степени может наблюдаться у 1—10% населения. Показано фторирование воды.

0,7—1,1 мг/л — «оптимальная концентрация». Уровень заболеваемости кариесом находится в пределах нормы у всех групп населения. Клиническое течение кариеса зубов благоприятное. Снижена заболеваемость десен и периодонта. Флюороз в виде небольших меловидных пятнышек на 2—6 зубах может наблюдаться у 1—10% населения

1,1—1,5 мг/л — «повышенная, но, с разрешения санитарных органов, допустимая концентрация, при отсутствии других источников водоснабжения». Заболеваемость населения кариесом зубов при этом минимальна. Клиническое течение кариеса зубов благоприятное, развитие зубочелюстного аппарата и скелета хорошее. Однако число людей с флюорозом зубов резко возрастает. Действительно, лишь у 15—20% населения отмечается I степень флюороза и редко (у 1—2%) II. Санитарные органы могут разрешить такую концентрацию, при отсутствии превышения случаев заболеваемости населения.

2 мг/л — «концентрация выше предельно допустимой». Заболеваемость кариесом близка к минимальной; клиническое течение кариеса зубов благоприятное; до 30—40% населения поражено флюорозом зубов, причем у подавляющего большинства имеется флюороз I и II степени. При централизованном водоснабжении необходимо принятие мер по дефторированию воды

2—6 мг/л фтора — «высокая концентрация». Пораженность населения кариесом зубов минимальна; от 30 до 90% населения поражено флюорозом зубов, причем у 10—50% III—IV степень. Среди детей учащаются случаи отставания в развитии и минерализации костей. Обязательно дефторирование или разведение воды.

15 мг/л — «очень высокая концентрация». Пораженность населения кариесом зубов значительно ниже минимальной; 90—100% поражено флюорозом зубов с преобладанием тяжелых форм, значительно увеличены стираемость и ломкость зубов. Обязательно дефторирование воды.

В связи с изложенным ГОСТом 2874-73 на питьевую водопроводную воду узаконены следующие максимально допустимые концентрации фтора: для 1-го и 2-го климатических районов —1,5 мг/л; для 3-го — 1,2 мг/л; для 4-го — 0,7 мг/л воды [5].

Глава 2 Исследование количества фтора в воде в различных населенных пунктах Забайкальского края

2.1. Подготовка к сбору проб воды

Теперь, когда мы выяснили последствия употребления воды с различной концентрацией фтора, необходимо провести количественный анализ содержания фтора в различных районах края. Для начала необходимо произвести правильный забор воды. Для обеспечения отсутствия влияния различных факторов на результат исследования, необходимо соблюдать следующие правила:

Для набора воды из водопровода , необходимо дать воде протечь в течении 10-15 минут, чтобы избежать попадания в пробу застоявшейся воды, способной повлиять на результат исследования.

В случае, если речь идет об анализе на фториды, необходимо воспользоваться полиэтиленовой посудой, в качестве сосуда для пробы.

Забор необходимо производить в чистой посуде, промытой в той же воде, которая берется для анализа, без использования чистящих средств.

Во время сбора необходимо следить, чтобы внутренняя часть посуды не контактировала с краном, грязными руками или любыми другими источниками загрязнения.

В конце забора необходимо сжать посуду, чтобы часть воды выливалась через край, и, удерживая сосуд в таком положении, плотно закрыть его. Это позволит избежать попадания воздуха в сосуд.

К сосуду с пробой необходимо составить запись, о точном времени и месте, а так же о процессе сбора.

Оставить сосуд в прохладном темном месте.

Доставить сосуд в лабораторию по прошествии не более 6 часов с момента сбора. [3]

Исследование проводилось зимой 2019-2020 года. Для более точных данных был выбран тот же период, что и во время исследования питьевой воды в городе Чите. Местами забора были выбраны следующие точки: Горд Шилка, город Краснокаменск, село Газимурский Завод, ПГТ Шерловая Гора, село Фирсово, село Красный Чикой. (приложение 1).

2.2. Проведение количественного анализа отобранных проб

Один из наиболее эффективных методов количественного анализа воды на содержание в ней фторидов- фотоколориметрический. Он относится к оптическому методу анализа наряду со спектрофотометрией, флюорометрией, атомноабсорбционным, эмиссионным и люминисцентным методами. Сущность фотоколориметрического метода анализа заключается в разной интенсивности двух световых потоков электромагнитного излучения инфракрасного, видимого и ультрафиолетового спектров прошедших через исследуемый и стандартный растворы. На практике световой поток с интенсивностью I_0, пройдя через раствор, будет иметь интенсивность I, всегда меньшую, чем I_0. Ослабление интенсивности светового потока связано с его отражением и рассеянием, но в основном определяется поглощением (абсорбцией). Если работать с одним и тем же объемом раствора, то ослабление интенсивности светового потока в основном определяется поглощением света растворенным веществом. Белый свет, проходящий через вещество, состоит из 7 отдельных цветов, имеющих разные длинны волн. Те из них, что не поглощаются раствором, воспринимаются глазом как окраска этого раствора. Она характеризуется интенсивностью окраски, которая в фотоколориметрии принимается за оптическую плотность D. Она определяется как логарифм отношения интенсивности падающего света I₀ к интенсивности света после прохождения раствора I. D=lg . На практике эта величина определяется по формуле D=k*c, где k-молярный коэффициент поглощения (показывает, какая часть светового потока поглощается слоем раствора толщиной 1 см при концентрации 1моль/л.), с- концентрация раствора. Чувствительность такого метода анализа крайне высока. Он позволяет определять различные вещества от 10^-6 и до 50% по массе раствора. Погрешность измерений такого метода составляет около 5%

В фотоколориметрии поглощение света измеряют главным образом в видимой области спектра, реже- в ближних к УФ и ИК областях. Приборами для фотоколориметрии служат фотоэлектроколориметры (ФЭК). Принцип его работы- пропускание пучков света через кюветы с анализируемым раствором и раствором сравнения. После прохождения через растворы, световые пучки проходят через калиброванные ослабители (диафрагмы), предназначенные для регулирования интенсивностей световых потоков вручную, при помощи рукояти измерительного барабана. Затем пучки света попадают на два приемника излучения (фотоэлементы), соединенные с гальванометром. На гальванометре происходит отклонение стрелки, которое возвращется в положение нуль, с использованием раскрытия щели диафрагмы при помощи измерительного барабана, по которому производят отсчет оптической плотности. Измерение повторяют трижды и берут среднее значение оптической плотности по трем измерениям. [1] .

Анализ проводился в лаборатории ФБУЗ Центр Гигиены и Эпидемиологии в Забайкальском Крае. Используемый фотоколориметр работал по вышеописанному принципу, однако, анализ на данном приборе производился автоматически.

2.2. Результат исследования

В ходе исследования была составлена следующая Таблица 3.

Таблица 3

Результаты исследования воды на содержание в ней фторидов

Как видно из таблицы, показатели содержания фтора в питьевой воде сильно варьируется. В Краснокаменске и Газимурском Заводе значительно превышены концентрации фтора. В первом случае это, вероятно, связано с разработкой месторождений полезных ископаемых. Нормальное содержание фтора наблюдается в Шилке и в Фирсово, так же у верхней границы допустимой концентрации вода из Шерловой Горы. Нехватка фтора наблюдается лишь в Красном Чикое, чей показатель ниже нормы в два раза.

2.3. Рекомендации, для нормализации уровня поступаемого фтора

Проблема с нехваткой фтора наблюдается только в Красном Чикое. Жителям стоит задуматься о выборе зубной пасты с добавлением фтора. Данная мера будет способствовать прямому поступлению фтора к зубам, что, собственно и требуется. Так же рекомендуется употребление в пищу фторированной поваренной соли. Несмотря на малое влияние пищевых источников фтора, стоит уделить внимание следующему списку продуктов.

Растительные источники фтора:

Зерновые культуры – мука грубого помола, ржаные растительные отруби, рис, овсянка, гречка;

Овощи – тыква, лук, картофель;

Фрукты – яблоко, грейпфрут;

Чай – зелёный и чёрный;

Морская капуста, вино и мёд;

Грецкие орехи.

Животные источники фтора- Мясо и печень;

Рыба – тунец, скумбрия, минтай, хек, треска, пикша, мойва, горбуша, ерш, камбала, кета, корюшка;

Морепродукты – устрица, креветка;[9]

Жителям Краснокаменка, Газимурского Завода и частично Шерловой Горы следует понижать уровень поступаемого в организм фтора. Прежде всего исключить употребление вышеупомянутых продуктов в большом количестве. Так же рекомендуется не использовать зубную пасту с добавкой фтора. При возникновении первых признаков флюороза, следует начать разводить воду из водопровода покупаемой в магазинах водой. Кипячение и фильтрация, к сожалению, не имеют смысла, если речь идет о фторидах. Из относительно доступных методов очистки воды от фторидов в домашних условиях является только дистилляция, однако данный метод неоправданно труден. Остальные методы очистки воды возможны либо в лабораторных, либо в промышленных условиях

Заключение

Из поставленных задач можно сделать следующие выводы:

Из проделанной работы можно сделать вывод, что для жителей Красного Чикоя существует проблема дефицита поступаемого фтора. Жителям Шилки, и Фирсово не стоит предпринимать никаких мер по изменению количества поступаемого фтора. Для Краснокаменска и Газимурского Завода и частично Шерловой Горы существует проблема избытка фтора.

Сопоставив данные исследования с литературными материалами, можно сделать вывод, что жители Красного Чикоя подвержены частому заболеванию кариесом. Заболеваемость флюорозом потенциально низка. У жителей Шилки и Фирсово нет серьезных проблем с заболеваемостью кариесом или флюорозом. Жители Краснокаменска Газимурского Завода и частично Шерловой Горы Подвержены заболеванию флюорозом. Заболеваемость кариесом потенциально низка.

Исходя из сути проблемы, было предложено несколько советов, для нормализации уровня поступаемого фтора.

Список используемой литературы

Аналитическая химия: учебник для средних специальных учебных заведений/ O.E. Саенко. -Изд.2-е, Ростов н/Д Феникс 2018.-287 с.

Биохимия тканей и жидкостей полостей рта: учебное пособие Вавилова Т.П. - 2-е изд., испр. и доп. - 2008. 208 с.

Водоподготовка: Справочник / Под ред. д.т.н., действительного члена Академии промышленной экологии Беликова С.Е.. М.: Аква-Терм, 2009. 240 с.

Гигиенические проблемы фторирования питьевой воды. Р. Д. Габович, «Медицина», 1979 С- 20.

Гусакова Н. В. Химия окружающей среды. Серия «Высшее образование». Ростов-на-Дону: Феникс, 2009. 246 с.

Общая Химия. Н. Г. Глинка 30-е изд., испр. - М.: 2003. - 728 с.

«Терапевтическая стоматология» под редакцией Боровского Е. В.. 2-е издание, Москва 2004 г. 840 с.

«Терапевтическая стоматология» Усевич Т.Л., под редакцией Кабарухина Б. В.. Ростов 2003 г. 284с.

Экологическая химия: лабораторный практикум / Лескова О.А., Лесков А.П., Федорова И.А.Чита: ЗабГГПУ, 2011. 66 с.

Приложение 1

Село Красный Чикой

Город Шилка

Село Фирсово

Село Газимурский Завод

ПГТ Шерловая Гора

Город Краснокаменск