TEMA 8: Rolul fluorului n dinamica procesului carios- 3 ntrebri

Repartiia fluorului n natur

Fluorul, dei este un oligoelement, este larg rspndit n mediul nconjurator.Se regsete sub form gazoas combinat cu alte elemente, singur fiind foarte toxic.El ajunge in

hidrosfer din soluri i minerale prin apele subterane

atmosfera prin erupiile vulcanice, furtunile de praf, poluarea industrial

Poluarea industriala elibereaza particule fluorurate ( industria sticlei,industria aluminiului ) Zcmintele de criolit( NaF 54%), fosfai, rocile de natur vulcanic

Coninutul n F al apelor dulci i al apei marii depinde de natura rocilor pe care apa le traverseaz

Apele termale au un coninut variabil n F Alimentele de origine vegetal au un coninut variabil n funcie de natura solului i de ngrmintele folosite - ceaiul conine concentraii mari de fluor: ntre 1,33 i 2,56 ppm ( 3,19 ppm ceaiul cofeinizat, 1,50 ppm cel decofeinizat, 0,05 ppm ceaiul din plante ) (Duckworth 1978)

- cerealele uscate au concentraii de 0,9 -2,1 ppm n ap nefluorurat 3,8 -6,3 ppm n ap fluorurat Nivelul fluorului din produsele de origine animal depinde de hrana pe care animalele o primesc - carnea de pui 10 ppm - carnea de pete pn la 40 ppm (sardinele 61mg\kg, macroul 26 mg\kg, crevetele 61,73 mg\kg)Surse suplimentare de fluor

Apa de but

nivelul optim variaz ntre 0,7-1,2 ppm - n funcie de temperatur (Levy S.M. 1995 Environmental Protection Agency Maximum Contaminant Level)minimum admis - 0,69 ppm

maximum admis 4 ppm

n S.U.A. 56% din populaie beneficiaz de ap fluorizat, restul beneficiaz de efectul de difuziune.

Sursele individuale de ap vor trebui testate naintea prescrierii suplimentrii sistemice de fluor

Apa ambalat n sticle are un coninut mediu de 0,6 ppm Alimentele

- sarea de mare conine 7mg\kg, sarea fluorizat 200-350 ppm

- laptele - matern i cel de vac au un coninut de 0,01-0,04ppm- sucurile (Clovis Hargreaves 1988 )Coca Cola Clasic 0,82-0,96 mg\l, Sprite 0,73 mg\l

Sucul de grapefruit 6,8mg\l, sucul de ananas 0,68 mg\, sucurile de ciree,pere i prune mai mult de 0,6mg\l. - formulele de produse alimentare pentru copii - nainte de 1980 conineau 0,4-0,5 ppm, astzi concentraiile s-au redus

- zahrul concentraia de 10-20 mg\kg ( 13 mg\kg), sorbitolul 8 ppm Produse stomatologice fluorurate

- aplicaii personale

paste de dini conin 1000-1100 ppm

soluii pentru cltiri conin 230 ppm

geluri conin 1000-5000 ppm

- aplicaii profesionale

paste profilactice

geluri conin 4000 - 12300 ppm

spume

lacuri contin 1000 22000 ppm

Tablete si dropsuri ce contin 0,25 - 1 mg / tb

Metabolismul fluorului

Dup ingestie, fluorul este absorbit la nivel gastric sub form de acid fluorhidric. Absorbia este dependent de

aciditatea gastric, fiind mai rapid la ph acid. coninutul alimentelor ingerate ( ionii de calciu i aluminiu formeaz cu fluorul compui insolubili, gradul de absorbie reducndu-se de la 90% pn la 60% ) Absorbia fluorului se face n mare parte i la nivelul intestinului gros Concentraia maxim plasmatic este atins dup 20-60 minute, depinznd de cantitatea ingerat, de proporia absorbit, de volumul de distribuie i de clearance-ul fluorului n rinichi i schelet.

Nivelul plasmatic maxim este atins mult mai trziu la copii dect la aduli.Concentraia fluidelor bucale se modific n acelai timp i proporional cu cea plasmatic. concentraia n fluor a fluidului gingival este sensibil superioar ( cu pn la 10% ) celei plasmatice. concentraia salivei parotidiene i subamandibulare sunt mai sczute. Eliminarea fluorului se face pe cale renal, concentraia n rinichi fiind mai mare dect cea plasmatic. Doar o cantitate extrem de mic se reabsoarbe renal. Factori ca: patologia respiratorie i metabolic, compoziia alimentelor i a medicamentelor,altitudinea modific ph-ul urinar, echilibrul metabolic i concentraia tisular a fluorului. Din cantitatea de fluor ingerat, 10% se elimin prin fecaleToxicitatea acut

Nivelul optim de aport al fluorului este de 0,05 0,07 mg\ kgAcumularea unei cantiti mari n scurt timp determin apariia simptomelor ca vom, grea, rareori ducnd la exitus (Shulman J.D. , 1995; Heiftz S.B., Horiwitz H.S. 1990)

Dup Horowitz (1990)

efectul toxic apare la un consum de 8 mg\kg corp

efectul letal apare la un consum de 32-64 mg\kg corp- pentru un adult de 70 kg cantitatea consumat trebuie s fie de 5-10 g - pentru un copil de 2 ani cantitatea consumat trebuie s fie de 320 mg

- pentru un copil de 10 ani cantitatea consumat trebuie s fie : mai mult de un tub de past de dini mai mult de 1L soluie de cltiri orale 0,05% mai mult de 26 mg gel cu concentraia de 12300 ppmAspecte fizico-chimice ale interaciunii Fluor smal

A. Smalul - substrat pentru fluor 1. NATURA APATITEI DIN SMAL.

Fluorul interfer evoluia procesului carios prin intermediul reaciilor chimice pe care le desfoar cu elementele componente anorganice ale esuturilor calcificate din care sunt formate esuturile dure dentare (Mellberg J.R. Ripa L.W. 1990)

Smalul este cel mai bine mineralizat esut din organism i conine 96% n greutate fosfat de calciu cristalin sub form de HAP.

Smalul conine 2-5% carbonat ncorporat n reeaua cristalin, component ce va juca un rol important n reactivitatea smalului, acesta fiind format de fapt dintr-o carbonat apatit care mai conine i o multitudine de oliogoelemente printre care i fluorul.

Compoziia nu este omogen, toate elementele prezente avnd concentraii diferite de la suprafa spre JSD. 2. LOCALIZAREA FLUORULUI N SMAL.Concentraia fluorului n smal este maxim la suprafa, dar scade progresiv n urmtorii 100 de microni. Dincolo de aceast grosime ea rmne constant pn la JSD. Concentraia fluorului n dentin este n general mai mare dect n mijlocul smalului i crete cu ct ne apropiem de camera pulpar. Odat ce dentina se formeaz lent toat viaa, fluorul se acumuleaz progresiv la interfaa dentin pulp. Concentratia Fluorului in smalul sntos si cariat. Cele mai mici concentratii se gsesc in straturile smalului sntos. Stratul de suprafa ce acopera leziunea a preluat cantitui considerabile de fluor din fluidele nconjurtoare (Wealtherell si colab. 2000)

Fluorul si Demineralizarea

1. SMALULMecanismul fluorului n inhibiia demineralizrii acioneaz pe 2 ci: La nceput, el leag Ca i PO4 dizolvate ca rezultat al penetrrii acide n esuturi. Aceast reprecipitare previne ca, unii constituenii minerali ai smalului s fie eliminai n plac i saliv. De asemenea prin acest reprecipitare porii tisulari sunt ngustai ceea ce va afecta difuziunea acidului n esut i eliminarea ionilor dizolvaiInhibarea cea mai mare a aprut la o concentraie a fluorului la care soluia este suprasaturat fa de CaF2 i se presupune c morfologia diferit a depozitelor de CaF2 n porii leziunii poate detemina un efect mai inhibitor dect FAP ce se dezvolt pe cristalele de smal. (Ogard B. 2003)

n studiul evalurii densitii minerale pe microradiografii s-a demonstrat c stratul de suprafa s-a format n funcie de concentraia de fluor n soluie iar profunzimea leziunii i pierderea mineral global au fost afectate de fluor. (ten Cate J.M. 1997 , Caslarska V. 2000)

2. DENTINASunt multe diferene ntre smal i dentin ceea ce poate fi speculat privind unele efecte diferite ale fluorului n demineralizarea celor 2 esuturi: Prezena unei proporii mai mari(35%-volum) de matrice organic compus n special din colagen

Aspecte structurale a cristalelor: Dentina conine n jur de 5% n greutate carbonat care este de 2 ori mai mare ca n smal provocnd o mai mare solubilitate. Fraciunea colagenic este matricea pe care cristalele de apatit au fost precipitate n timpul dentinogenezei, n timpul demineralizrii, fracia apatitic se dizolv prima, expunnd colagenul. Acesta, att timp ct se gsete n dentin, servete ca o barier de difuziune, ncetinind demineralizarea dar este i subiectul denaturrii, solubilizrii i degradrii enzimatice. Odat ce matricea a fost ndeprtat nu se mai pot nucleea noi cristale de apatit.Diametrul cristalelor este considerabil mai mic-cristalele mai mici se dizolv mai rapid cnd sunt plasate ntr-o soluie nesaturat.n dentina sntoas cantitatea de apatit este mai mic dect n smal. La o rat dubl de demineralizare i jumtate din coninutul mineral, lezarea ireversibil(fr remineralizare) se instaleaz mult mai repedeDiferite cercetri au demonstrat c demineralizarea dentinei este influenat de fluor la fel ca aceea a smalului cnd acesta este eliberat fie prin tratament pe termen scurt fie n continuu. (Nyvad B. , ten Cate J.M. , Fejerskov 1997)

Fluorul si Remineralizarea

1. Smalul

Reparaia natural a leziunilor incipiente (remineralizarea leziunii) a fost studiat n strategia fluoroterapiei. Totui fenomenul remineralizrii este cunoscut de un secol fiind descris de Head 1909. El a observat c dinii deveneau mai duri cnd erau plasai n saliv, atribuind acest efect fie salivei fie CO2. Koulourides (1995) smalul n contact cu saliva sau soluii cu calciu cu o compoziie asemntoare cu saliva i redobndete duritatea original i c suplimentarea cu fluor a soluiilor de remineralizare crete rata de depunere a mineralului.

In studiile mecanismului clinic al remineralizariiI smaltului , Silverstone (1990) , analizand histomorfometric leziunile dupa remineralizare , a observat urmatoarele:- Cristalele din zona interna ( stratul opac ) si stratul de suprafata au diametre mai mari , ca rezultat al remineralizarii

- Materialul este depozitat ca si apatita sub forma cristalina , remineralizarea fiind rezultatul reprecipitarii mineralelor provenite din disolutia cristalelor afectate de procesul carios

- Orientarea cristalelor nu mai este stric paralela , astfel incat densitatea mineralului va fi mai micaMecanismul de remineralizare are avantajul ca fluorul poate fi ncorporat n reeaua cristalin a Ca-HAP. FHAP rezultant are o solubilitate mai mic dect HAP. Rezultatul este c la un nivel dat de Ca i PO4 n saliv i fluidul plcii gradul suprasaturrii cu FHAP este mai mare dect pentru HAP. Aceast for conductiv termodinamic pentru precipitare determin rata la care mineralul precipit.n leziune sunt prezente : Materialul organic care permite dezvoltarea normal Nucleul pentru precipitare cum ar fi cristalele deja existente Ionii minerali necesari precipitriiDezavantajul in fenomenul de remineralizare se manifesta in cazul unor leziuni amelare unde canalele de transport sunt nguste iar difuziunea ionilor minerali este un pas ce limiteaz rata remineralizrii smalului. n particular, cnd fluorul este prezent, nivelul superior de mineralizare al stratului de suprafa mpiedic ionii externi provenii din porii leziunii s revin la sediul lor originar, afectnd astfel gradul difuziunii. Rezult o alt explicaie de ce o complet remineralizare este dificil de obinut. (Clark D.C. , 1985)

2. Dentina

Remineralizarea dentinei este asemntoare avnd ca dovezi clinice formarea dentinei secundare i teriare. Acestea sunt totui procese conduse de odontoblatii care fac parte din componenta organic care este apoi umplut cu cristale de HAP. n dentina sclerotic are loc o cristalizare pur fizico-chimic. n frontul de avansare al cariei dentinare s-a raportat depunerea cristalelor de CaPO4 n canalicule; acest lucru contribuie ca esuturile subiacente s devin mai puin accesibile pentru bacteriile invadante, pentru acizi i ali metabolii. Astfel, dei esutul dentinar iniial este poros datorit structurii tubulare, aceast caracteristic se schimb la momentul cnd porozitatea este mai mult un dezavantaj dect n avantaj. Dentina este foarte sensibil la abraziune i disoluie chimic dar deasemeni capabil s se adapteze la mediul oral.

Studiile au demonstrat potenialul tratamentului cu fluor n prevenirea demineralizrii dentinei, prin remineralizare aceasta fiind un substrat mult mai reactiv att la demineralizare ct i la remineralizare. (Bilings 1997)

Studii ulterioare au artat un rspuns tip doz-efet ntre nivelurile de fluor n soluie i remineralizarea dentinei. (Hamilton J.R. , Bowden G.H.V. 1999)

Koshani(1980) a aratat ca leziunile dentinare plasate aproximal se remineralizeaz chiar mai bine dect smalul cnd fluorul este asigurat cu scobitori impregnate cu fluor. Inaba (1982) a demonstrat dentina poate fi hipermineralizat cnd este n contact cu un fluid mineralizant. Coninutul mineral care l depete pe cel al dentinei sntoase sugereaz c o parte din colagen i faz apoas poate fi nlocuit cu mineral; acest model in situ arat c hipermineralizarea dentinei este un fenomen real i n cavitile bucale unde dentina este n contact strns cu un material restaurativ ce elibereaz fluor. Acest lucru este mai probabil strns legat de mecanismele ce stau n spatele nivelurilor mai mici de carii secundare asociate cu aceste tipuri de material:

Nyvod (1996) a studiat cariile de suprafa radicular i managementul lor clinic. El a conchis c fluorul si o igien oral au fost capabili s converteasc leziunile active n leziuni oprite i sftuiete ca o remineralizare iniial a suprafeei radiculare afectate ofer un punct mai bun de start pentru un tratament restaurativ dac el este necesar pentru motive estetice.

O ntrebare actual: exist nc fundamentul tiinific pentru o tehnic preventiv nonrestaurativ cnd leziunile carioase coronare au trecut JSD i se extind n dentin. Datele indic c dentina chiar i la acest stadiu al atacului cariogen poate fi remineralizat. (Horowitz H.S. 1993 ; Louma H. 2002)

Efecte antimicrobiene ale Fluorului

Din 1940 s-a demonstrat c metabolismul carbohidrailor n culturi pure ale Streptococilor i lactobacililor a fost inhibat de fluor. Majoritatea acestor efecte (este sintetizat n tab.1) reduce riscul cariogen dar astzi sunt dezbateri dac aceste efecte contribuie la cariorezisten, un important argument fiind dac nu cumva concentraiile de fluor necesare pentru efectele antimicrobiene nu depesc semnificativ concentraia necesar pentru a reduce solubilitatea apatitei. (Edgar W.M. 1007 , Ellingsen J.E. 1998 , Loveren van C. 2001 )

A. Preluarea fluorului de catre bacteriile orale acidifierea citoplasmei

Ptrunderea fluorului n celul se poate face n absena oricrei surse de energie n prezena inhibitorilor metabolici i la o varietate larg de temperaturi.

( Aportul de fluor este crescut la un pH extern mic, fluorul acumulndu-se n celul n ciuda creterii concentraiei lui aici.

( Fluorul difuzeaz n celul sub form de HF cu un pKa= 3,15

Cu ct pH-ul extern este mai mic cu att se va forma mai mult HF care la rndul lui va intra mai mult n celul

( Normal n celul pH int ( pH ext ((pH transmembranar) astfel incat HF va disocia n celul n H+ si F- . Prin acest mecanism va scdea concentraia lui intracelular facilitand penetrarea unei noi cantitati de HF din exterior care va disocia la rndul ei.

- n final, difuziunea i disocierea continu conduc la o acumulare a F n celul; o acidifiere a citoplasmei (H+ mai mare).

( Fluorul mai poate traversa membrana i mpreun cu K+ ( Fluorul n celul este legat de constituieni celulari, din care 2 enzime : enolaza i ATP-aza sunt implicate n eliminarea protonilor. Prin blocarea acestora este inhibat metabolismul glucidic al bacteriilor orale acidogene..

B. Inhibarea enolazei, ATP-azei i transportului zaharului.

Enolaza

- este o enzim implicat n lanul glicolitic, participnd la formarea fosfoenolpiruvatului care particip la transportul zahrului.

- adugarea de niveluri inhibitorii de F la un pH cuprins ntre 7,5 i 5,8 determin:

creterea substratului pentru enolaz

scderea fosfoenolpiruvatului

Aceste efecte se explic i prin acidifierea citoplasmei ( acum produii finali ai glicolizei se acumuleaz n celul, pH-ul citoplasmei scznd pn la o valoare cnd procesele celulare necesare meninerii i dezvoltrii se opresc.

Streptococii orali au ns capacitatea s i menin pH-ul intern mai mare dect cel extern prin dou procese:

- refluxul produilor finali acizi ce depinde de raportul intern/extern

- transportul activ al protonilor prin ATP-az ce elimin protonii Prin eliminarea protonilor se construiete i se menine fora motrice a protonilor care nu este numai o for conductoare i pentru alte elemente, aa cum am spus anterior dar poate fi utilizat i ca o surs de energie pentru un numr mai mare de procese metabolice.

ATP-aze

Aceste ATP-aze ce elimin protonii sunt inhibate de F dar recent s-a sugerat c acest efect aparine doar AlF4- ( apar dubii deoarece n celulele intacte, n general elimin Al.

Transportul zaharului

Zaharurile (glucoza) sunt transportate activ prin membran fiind modificate chimic n acest proces ( mecanismul poart numele de sistemul de transport fosfotransferazic. Energia pentru acest sistem deriv din energia puternic a legturii cu fosfatul din fosfoenolpiruvat care este produsul reacii mediate de enolaz. Dup o cascad de mai multe reacii fosfatul este transformat ntr-o enzim de tip II proteic membranar care este apoi activat pentru a transfera zahrul. Un pas final n acest sistem de transport implic transferul fosfatului la zahr cu regenerarea enzimei originale de tip II. Zahrul odat fosforilat, eliberat n celul nu se poate reataa la enzima II, ceea ce face sigur c transportul activ este unidirecional.

Odat ce enolaza este inhibat PEP-ul scade, reducndu-se capacitatea sistemului de transport i n consecin aportul de zahr. La un pH ambiental de 5,5 zaharurile pot fi transportate mpreun cu protonii. Odat ce zahrul a intrat n celul este fosforilat. Influxul protonilor este mediat de fora motrice a protonilor care la rndul ei depinde de ( pH i diferenele ntre concentraiile electrochimice transmembranare.

( pH se anuleaz ca rezultat al acidifierii citoplasmei cnd HF a intrat n celul.

F, deasemeni, poate anula gradientul electrochimic prin eliminarea K+ din celule

Rezulta:Anularea ambelor diferene mediate de F reduce activitatea forei motrice a protonilor cea care este responsabil pentru mecanismul de transport al zahrului.

Cnd exist un exces de zahr disponibil, bacteriile orale pot stoca zahrul fosforilat ca glicogen ( PZI.

Dac aportul de zahr este blocat de F va fi mai puin zahr fosforilat n celul. Producerea de energie ATP are prioritate fa de stocajul de glicogen (se vor forma mai puin PZI.

Reactiile implicate in metabolismul glucidic al bacteriilor orale acidongene , care sunt direct sau indirect inhibate de F.

1.Reactia mediata de enolaza ce transforma fosfo-gliceratul in fosfoenol-piruvat

2.Transportul zaharului via PTS

3.Transportul impreuna cu H+ prin forta motrice a protonilor

4.Sinteza de PZI

5.Eliminarea ionilor de H+ prin actiunea ATP-azei

(Fejereskov O. 1996)

Ciclul de demineralizare/remineralizare - fundamentul evoluiei procesului carios

A.Penetrare

B.Demineralizare

C.Difuziune externa

D.Remineralizare

Utilizarea clinic a fluorului n funcie de riscul cariogen

Aspecte fizico-chimice ale interaciunii Fluor smal

B. FLUORUL I SOLUBILITATEA SMALULUI. Fluorul este factorul cel mai important de contracarare a dizolvrii smalului n mediul oral, n condiii acide i nu ionii de Ca2+ sau PO43- aa cum s-ar crede.

Cnd o pulbere de apatit(F