UNIVERZITET U SARAJEVU FARMACEUTSKI FAKULTET KATEDRA ZA FARMACEUTSKU ANALITIKU PARADIGMA O TOKSIČNOSTI FLUORIDA (STUDIJA SLUČAJA: ZEMZEM VODA) -ZAVRŠNI RAD INTEGRISANOG STUDIJA I I II CIKLUSA- Mentor: doc.dr. Aleksandra Marjanović Kandidat: Amila Zec Sarajevo, 2017.
SADRŽAJ 1. UVOD...1 1.1. Fluor...1 1.2. Fluoridi...1 1.2.1. Izvori fluorida...2 1.2.2. Spojevi flourida...3 1.2.3. Farmakokinetika fluorida...4 1.2.4. Analiza fluorida...6 1.2.5. Nivoi izloženosti fluoridima...7 1.2.6. Upotreba fluorida...9 1.2.7. Toksičnost fluorida...12 1.2.7.1. Hronični efekti...12 1.2.7.2. Akutni efekti...15 1.2.8. Efekti fluorida na sisteme organa...17 1.2.9. Karcinotoksičnost i genotoksičnost fluorida...18 1.2.10. Neurotoksičnost fluorida...20 1.3. Zemzem voda...22 1.3.1. Karakteristike Zemzem vode...24 2. CILJEVI RADA...26 3. MATERIJAL I METODE...27 4. REZULTATI I DISKUSIJA...28 Studije biohemijske procjene Zemzem vode...28 Studije komparacije sadržaja Zemzem vode i drugih tipova vode u Saudijskoj Arabiji...31 5. ZAKLJUČCI...36 6. LITERATURA...37
SAŽETAK Fluor je hemijski element koji se u prirodi nalazi u obliku jedinjenja fluorida. Fluoridi su široko rasporostranjeni u vodi, zemlji, zraku, pesticidima, te hrani, biljkama, mineralima. Dodatni izvori fluorida za ljude čija je upotreba rasprostranjena su dentalni proizvodi, posebno paste za zube koje sadrže oko 0.1 % fluorida (NaF, SnF 2, Na2PO3F) i fluoriranje vode. Male količine fluorida su veoma bitne za ljudski organizam, a veće količine mogu dovesti do negativnih efekata po ljudsko zdravlje. Fluoridi pri niskim koncentracijama imaju značajnu ulogu u prevenciji zubnog karijesa, a njegova deficijencija može dovesti do dentalnih problema, naročito kod djece. Sa druge strane, prevelika izloženost fluoridima tokom dužeg perioda može dovesti do oboljenja kostiju i oštećenja zuba, poznatijih kao skeletna i dentalna fluoroza. Najvažniji izvor fluorida za ljude je voda, stoga je kontrola dozvoljenih nivoa fluorida izuzetno bitna. Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) odredila je da koncentracije fluorida u vodi trebaju da iznose od 0.5 do 1.5 mg/l. Ključne riječi: fluor, fluoridi, dentalna fluoroza, skeletna fluoroza, voda, zemzem voda i
1. UVOD 1.1. Fluor Fluor pripada sedmoj grupi periodnog sistema elemenata i jedan je od najelektronegativnijih elemenata te najjači poznati oksidans. Nalazi se u grupi halogenih elemenata u koje još spadaju hlor, jod i brom. Slobodni fluor građen je od dva atoma i izrazito je reaktivan blijedo žuti gas, prodornog i oštrog mirisa. Zbog svoje reaktivnosti u prirodi se rijetko nalazi u slobodnom obliku, osim u momentima erupcije vulkana kada se oslobađaju velike količine slobodnih jona fluora. U kombinaciji sa drugim supstancama nalazi se u mineralima kao što su fluorit, fluorapatit i kriolit. Može da reaguje sa većinom organskih i anorganskih supstanci, te zbog toga sa metalima gradi fluoride, a sa vodom formira hidrofluornu kiselinu. Fluor posjeduje izrazit afinitet prema jonima kalcija, a reaguje skoro sa svim hemijskim elementima osim nekih plemenitih gasova kao što su helij, neon i argon. Današnji najznačajniji izvori fluora su mineral fluorit i kalcij fluorid. Jedinstveno izražavanje količine fluora se vrši u ppm (parts per million), što odgovara miligramu fluora na litar tečnosti (mg F/l ), ili miligramu fluora na kilogram (mg F/kg). (1) 1.2. Fluoridi Fluoridi su soli fluora nastali spajanjem fluora i nekog metala. Oni se u prirodi mogu naći u zemljinoj kori u sastavu stijena, rude, gline i zemlje. Primjer takvih fluorida su natrij fluorid i kalcij fluorid. Međutim, fluoridi kao što su hidrogenfluoridni gas ili oni koji su u obliku malih čestica, u atmosferu mogu doći otpuštanjem iz vulkana, elektrana ili putem drugih različitih visoko temperaturnih postupaka. Fluoride koji se nalaze u obliku velikih čestica vjetar može lahko da raznosi, kiša može da ih ispere iz zraka, a sliježu se na zemlju ili padaju u vodu. Fluoridi koji se nalaze u obliku malih čestica u zraku mogu ostati veoma dugo. Prilikom pada na zemlju fluoridi mogu da stvaraju jake veze sa drugim solima u zemlji ili mogu da se nakupljaju u gornjim dijelovima biljaka. Kada dospiju u vodu fluoridi se vežu za različite elemente. U svježoj vodi se najviše vežu za aluminij, a u morskoj za kalcij i magnezij. (1) (Slika 1.) 1
Slika 1: Shematski prikaz kretanja fluorida u okolini. (2) 1.2.1. Izvori fluorida Ranih godina dvadestog stoljeća uvedeno je korištenje protektivnih mjera javnog zdravstva protiv zubnog karijesa. Te mjere su podrazumijevale namjensko fluoriranje vode za piće, soli, tableta, te razvoj proizvoda za oralnu higijenu koji sadrže fluoride. Od tada pa sve do danas fluoridi se upotrebljavaju za prevenciju zubnog karijesa i fluoriranje vode za piće, ali uporedo sa njihovom upotrebom postoji i konstantna kontraverza o njihovoj dobrobiti. Zbog toga je bitno ustanoviti standarde izloženosti za kontaminante u javnosti koji eventualno mogu da dovedu do negativnih posljedica za ljudsko zdravlje. (3) Čovjek može biti izložen utjecaju fluorida putem različitih izvora, od kojih su najznačajniji voda za piće, hrana, dentalni proizvodi (paste za zube i vodice za ispiranje usta), zrak i pesticidi. Ipak, od svih navedenih izvora ljudi su najviše izloženi fluoridima upotrebom vode za piće. Koncentracija fluorida u bilo kojem izvoru, nivo izloženosti fluoridima i unos hrane su veoma varijabilni i ovise od mnogo individualnih faktora (npr. načina života, prehrambene navike, godište, spol, zdravstveni status, oralne navike i praksa). (3) 2
1.2.2. Spojevi flourida Koncentracije fluorida u prirodi su različite, a s obzirom na njihove efekte na žive organizme u najznačajnije anorganske fluoride mogu se svrstati hidrogenfluorid (HF), kalcij fluorid (CaF), natrij fluorid (NaF), sumpor heksafluorid (SF6) i silikofluoridi. (4) HF je komercijalno najznačajnije jedinjenje fluora. To je korozivan, bezbojan gas ili tečnost koji sadrži atom hidrogena i atom fluora. Jako gori a rastvara se u vodi i organskim rastvaračima. (1) Gas i tečnost mogu da izazovu bolne i opasne opekotine ako dođu u kontakt sa kožom i takvim osobama se odmah mora pružiti pomoć. Primarni tretman za HF opekotine jeste aplikacija kacijumovih ili magnezijumovih soli koje formiraju nerastvorene komplekse sa fluoridima, iako su drugi tradicionalni tretmani opekotina također koriste. (5) Rastvoreni oblik se naziva hidroflornom kiselinom. Koristi se u manufakturi fluorokarbona koji se upotrebljavaju u frižiderima, rastvaračima i aerosolima. HF se otpušta iz zraka iz supstanci kao što su ugalj, minerali, glina, kada su zagrijani na visokim temperaturama. Ovo se može desiti u elektranama na ugalj, aluminijumskim topionicama, fosfatnim đubrivima, u radu sa staklom, opekom, pločicama, fabrikama plastike. Najveći prirodni izvor hidrogen fluorida i drugih fluorida koji su otpušteni u zrak su vulkanske erupcije. Gas HF može biti apsorbovan putem kiše u oblake i maglu formirajući vodenu hidrofluornu kiselinu koja pada na zemlju prilikom taloženja. (1) NaF i CaF su bijele čvrste supstance. NaF se otapa u vodi. Često se dodaje vodi za piće i raznim dentalnim proizvodima kao što su paste za zube i vodice za ispiranje usta kako bi spriječio karijes. CaF se ne otapa u vodi. On ulazi u sastav minerala fluorita i fluorspara. Fluorspar je mineral iz kojeg se proizvodi HF. Koristi se u proizvodnji stakla, enamela, industriji čelika. SF6 je bezbojan, bez mirisa, inertni gas koji je blago rastvorljiv u vodi i u potpunosti rastvorljiv u etanolu i bazama. Koristi se u raznim elektronskim komponentnama i u proizvodnji magnezija i aluminija. Silikofluoridi kao što su fluorosilikonska kiselina (H 2SiF6) i natrijum heksafluorosilikat (Na2SiF6) su također korišteni za fluoriranje vode za piće. (4) 3
1.2.3. Farmakokinetika fluorida Farmakokinetika fluorida je pod utjecajem ph i skladištenja u kostima. Pri neutralnoj ph vode fluorosilikati koji se koriste u fluoriranju vode gotovo u potpunosti disociraju te nastaju fluoridni jon, HF i silicijeva kiselina (Si(OH)4). U tjelesnim tekućinama anorganski fluoridi zauzimaju dva glavna oblika: fluoridni jon i HF. S obzirom da je HF slaba kiselina sa pka 3.4, pri nižem ph fluoridi će biti u formi HF koja mnogo lakše difunduje kroz ćelijske membrane. To znači da će se oralno ingestirani fluoridi koji se apsorbuju iz gastrointestinalnog trakta u kiseloj sredini stomaka pojavljivati kao HF. Fluoridi se generalno dobro apsorbuju u gastrointestinalnom traktu (od 70% do 90%). Ingestija fluorida sa hranom, mlijekom ili hranom bogatom kalcijem odložit će gastrično pražnjenje i njegovu apsorpciju. Natrij fluorid i drugi veoma ratvorljivi oblici apsorbuju skoro u potpunosti dok se spojevi sa manjom ratvorljivošću kao CaF, MgF i AlF3 manje apsorbuju. Apsorpciju fluorida smanjuje povećanje ph vrijednosti u želucu i povećanje koncentracija kalcija, magnezija i aluminija. Pri visokim koncetracijama, ovi metali formiraju relativno nerastvorne fluoridne soli. Fluoridi koji nisu apsorobovani putem stomaka odlaze u feces. (3) Smatra se da fluoridi pri neutralnom ph iz razrijeđenih vodenih rastvora imaju nisku membransku permeabilnost i ograničenu apsorpciju kroz kožu. Studije su pokazale da se samo HF apsorbuje kroz dermis. Dermalna izloženost koncetrovanom HF rastvoru može rezultirati ozbiljnim opekotinama, brzoj apsorpciji i sistemskoj distribuciji fluorida. Međutim, smatra se da dermalna apsorpcija nije česta i da ona ne doprinosi značajno opterećenju organizma fluoridima. (6) S obzirom da anorganski fluoridi imaju ograničenu sposobnost da isparavaju, istraživanja o apsorpciji inhalacijom su također ograničena, i to na studije koje su uključivale HF. Naučna literatura ima malo informacija o kontrolisanim studijama izloženosti na ljudima ili životinjama. Postoji nekoliko starijih okupacijskih studija koje su prikazale unos fluorida kod radnika koji su bivali visoko izloženi fluoridnoj prašini, ali je malo vjerovatno da izloženost fluoridima inhalacionim putem može značajno doprinijeti opterećenju kod većine populacije. (3) Organski fluoridi kao što su metoksifluran, halotan, enfluran su razvijeni i korišteni kao inhalacioni anestetici. Rezultati studija koji su prikazani u naučnoj literaturi pokazali su da se ove supstance nakon inhalacije brzo i obimno apsorbuju putem pulućnog epitela. (6) Nakon apsorpcije fluoridi se veoma brzo distribuiraju putem krvi kroz tijelo. Normalan poluživot fluorida u plazmi je od 3 do 10 sati. Fluoridi se distribuiraju između plazme i krvnih 4
ćelija, a koncentracija u plazmi je dva puta veća nego u krvnim ćelijama. Koncentracija fluorida u plazmi, ekstracelularnoj i intracelularnoj tečnosti su otprilike u ravnoteži. Njihova koncentracija u plazmi nije homeostatski regulisana već raste i opada u odnosu na unos fluorida, ali ona je i pod utjecajem stepena srastanja i rastvaranja kostiju, te bubrežnog klirensa fluorida. Kod pojedinaca koji žive u područjima sa koncentracijom fluorida u vodi od 0.1 mg/l ili manje, normalna koncentracija fluorida u plazmi je 0.5 µmol/l, dok kod onih koji žive u mjestima sa sadržajem fluorida u vodi od 1.0 mg/l koncentracija fluorida u plazmi je od 1.0 mg/l - 1.5 µmol/l. Zadržavanje fluorida može biti pod utjecajem okoline ili stanja koja hronično utječu na urinarni ph (npr. dijeta, lijekovi, pojedine bolesti). Oko 99% fluorida u ljudskom tijelu se nalazi u kostima i zubima. Fluoridi su inkomporirani u zube i kosti putem zamjene hidroksil jona u hidroksiapatit kako bi formirao fluorohidroksiapatit. Fluoridi su reverziblino vezani za kosti i mobiliziraju se iz kosti u toku remodelacije. Meka tkiva ne akumuliraju fluoride. Krvno moždana barijera ograničava difuziju fluorida u centralni nervni sistem, gdje je koncentracija fluorida oko 20% manja od plazmatskih koncentracija. Studije na ljudima su pokazale da se fluoridi prenose kroz plazmu i postoji direktna veza između nivoa fluorida u krvi majke i plodu. Kod ljudi fluoridi malo prelaze iz plazme u mlijeko. Koncentracija fluorida u mlijeku je u rasponu od 3.8 7.6 µg/l. (3) Postoje dva mehanizma putem kojih se fluoridi odstranjuju plazmom: bubrežnim izlučivanjem i preuzimanjem putem kosti. Bubrežno izlučivanje se smatra glavnim putem odstranjivanja fluorida iz tijela. Fluoridni jon se filtrira iz plazme putem glomerulusa i potom se djelimično reapsorbuje. Različiti faktori kao što su urinarni ph, urinarni mlaz, stopa glomerularnog filtriranja mogu utjecati na urinarnu ekskreciju fluorida. Stopa bubrežnog klirensa fluorida kod ljudi u prosjeku je 50 ml/min i on ovisi od ph i glomerularne stope. Pri visokom urinarnom ph povećava se ekskrecija fluorida, dok se pri niskom ph formira više HF te povećava reapsorpciju. Visoke koncentracije kalcija u gastrointestinalnom traktu također mogu uzrokovati ekskreciju fluorida. Djeca i bebe odstranjuju relativno veće količine fluorida u kosti nego odrasli, zbog skeleta koji je u razvoju. (3) 5
1.2.4. Analiza fluorida U analizi fluorida, njegovih metabolita i drugih biomarkera izloženosti koriste se različite analitičke metode. Gas fluora je previše reaktivan da bi postojao u biološkim i okolišnim uzorcima ili da bi bio analiziran direktno konvencionalnim metodama tako da se pojedinačna molekula fluora rijetko identifikuje. Metode koje ćemo spomenuti u nastavku koriste se u analizi fluoridnog jona ili HF. (1) Fluoridi u tragovima u biološkim materijalima primarno se određuju potenciometrijski (jon selektivnim elektrodama (ISE)) i gasno hromatografskim metodama (GC). Dostupne su i kolorimetrijske metode ali one troše više vremena i nisu dovoljno osjetljive u odnosu na druge metode. (7) Ostale metode koje su se koristile su fluorimetrijske, enzimatske i analiza protonskom aktivacijom. Protonska aktivacija je osjetljiva za količine u tragovima i zahtijeva minimalnu pripremu uzorka. Urin, krv i druge tjelesne tekućine mogu biti analizirane sa minimumom pripreme uzorka. Tkivo zahtijeva spaljivanje, digestiju sa kiselinom, ili fuziju sa bazom kako bi se oslobodio fluorid iz matriksa. Tokom pripreme uzorka, analitičar mora biti oprezan da izbjegne kontaminaciju uzorka, nepotpuno oslobađanje iz matrica, i gubitke zbog isparavanja. (8) ISE tehnika je najviše korištena metoda za mjerenje fluorida u biološkom materijalu i okolišnim uzorcima. Fluoridno selektivna membrana koristi membranu sa komadom kristala lantan fluorida koji je presvučen europium(ii)fluoridom kako bi poboljšao provodnost. (9) Ona bilježi promjene u aktivnosti fluoridnog jona u rasponu od 100*10-6 M. Selektivnija je za fluoride u odnosu na druge anione, a samo hidroksidni jon može uzorkovati ozbiljne interferencije. Uzorak za ISE analizu mora biti pripremljen kako bi fluor u uzorku bio solubiliziran. Za neke uzorke je potrebno spaljivanje ili NaOH fuzija. Da bi se uzorci i standardi prilagodili istoj jonskoj jačini koristi se TISAB pufer, a to omogućava da koncentracija bude direktno izmjerena i ona se često čita direktno sa metra. ph TISAB pufera je oko 5, a sadrži cikloheksilenedinitrilotetraoctenu kiselinu koja formira stabilne komplekse sa Fe(III) i Al(III), te uklanja interferencije tako što otpušta fluoridne jone iz kompleksa sa ovim jonima. ISE tehniku preporučuje Nacionalni Institut Okupacijske Sigurnosti i Zdravlja (NIOSH) za određivnje fluorida u urinu. Ova metoda je jednostavna, osjetljiva i brza. (1) 6
GC tehnika koristi se za mjerenje fluoridnih koncentracija u humanom urinu i plazmi. Ova metoda ima prednost zbog visoke osjetljivosti - moguće je detektovati nanogramske količine fluorida u mililitru urina ili plazme. GC tehnika je također korištena za procjenu fluorida oslobođenih iz lijekova. Detekcija vezanog fluora omogućava prednost nad ISE tehnikom, što nije povoljno za mjerenje vezanih ili organskih fluorida. (10) 1.2.5. Nivoi izloženosti fluoridima Fluoridi mogu biti prisutni u površinskim i dubinskim vodama. Koncentracije fluorida u dubinskim vodama kreću se unutar širokog raspona od < 0.1 mg/l do > od 25 mg/l i na njih utječu geološki faktori, hemijske i fizičke karakteristike područja sa kojeg se snadbijeva vodom. Koncenctracije fluorida u svježoj površinskoj vodi su generalno niske, od 0.01 mg/l do 0.03 mg/l, a u morskoj vodi između 1.2 mg/l i 1.5 mg/l. (11) Količina fluorida koju čovjek može da unese u organizam varira. Procjenjuje se da se kod stanovnika razvijenih zemalja unos fluorida kreće od 0.2 do 2.0 mg po danu, a smatra se da voda čini pola ili više od polovine tog dnevnog unosa. Na količinu dnevnog unosa fluorida mogu dodatno utjecati fluoriranje vode za piće, konzumiranje flaširane vode i karbonatnih pića. (3) Flaširana prirodna voda se sve više koristi kao glavni izvor vode za piće. Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) je ustanovila vrijednost za prirodno prisutne fluoride u vodi za piće od 1.5 mg/l zasnovanu na osnovu konzumiranja 2 litra vode dnevno, i preporučila je vještačko fluoriranje vode pri koncentracijama od 0.5 do 1.0 mg/l. Direktivom 2003/40/EC ustanovljena je lista, koncentracijski limiti i obaveze označavanja konstituenasa u prirodnim mineralnim vodama kao i stanje zraka obogaćenog ozonom koji se koristi za tretman prirodnih mineralnih voda i izvornih voda. Zahtijevano je da vode koje sadrže fluoride u koncentraciji većoj od 1.5 mg/l moraju da budu označene te da nisu prikladne da se koriste u pripremanju formula za bebe. (3) Ne postoje sistematski podaci u vezi koncentracija fluorida u prirodnoj vodi za piće u Europskoj uniji (EU) ali osnovni podaci pokazuju veliku varijaciju između država npr. Irska <0.01-5.8 mg F/l, Finska 0.1-3.0 mg F/l i Njemačka 0.1-1.1 mg F/l. U Europi jedino Irska i određeni regioni u Velikoj Britaniji trenutno fluoriraju vodu za piće pri koncentracijama od 0.8 1.2 mg/l. Najčešće korišteni agensi za fluoriranje vode za piće su heksafluorosilikatna 7
kiselina i heksafluorosilikati, a smatra se da nepotpuna disocijacija ovih agenasa u vodi može dovesti do izloženosti ljudi ovim hemikalijama. (3) Dentalni proizvodi (paste za zube, vodice za ispiranje usta i gelovi) sadrže fluoride u različitim koncentracijama do 1500 mg/kg (1500 ppm). Glavni godišnji utrošak paste za zube u EU u 2008. je bio 251 ml (oko 130-405 ml) po stanovniku. Količina dostupnog fluorida u sistemskoj cirkulaciji iz pasti za zube zavisi od procenta progutane paste, što je posebna briga za djecu. WHO je odobrila 20 fluoridnih komponenti koje se mogu koristiti u oralnim proizvodima za dentalnu higijenu. Najviše korišteni u pastama za zube su natrij fluorid, natrij monofluorofosfat i kaclij fosfat. Drugi oralni higijenski proizvodi sa fluoridima uključuju vodice za ispiranje usta, gume za žvakanje, gelove i zubne konce. Oni mogu sadržavati maksimalno 1500 mg F/kg (0.15% F). Procjenjuje se da odrasli progutaju manje od 10% paste za zube s obzirom da je kod njih refleks gutanja dobro razvijen, dok se kod djece procjenjuje da progutaju oko 40%. (3) Panel Europske agencije za sigurnost hrane (EFSA) ustanovio je da je prevalenca dentalne fluoroze kod djece do 8 godina starosti manja od 5%, te je na osnovu tog podatka odredio tolerirajući gornji nivo unosa (UL) fluorida od 0.1 mg/kg tjelesne težine/dan. Kritična krajnja tačka za djecu od 1 do 3 godine starosti je 1.5 mg/dan, a za djecu od 4 do 8 godina je 2.5 mg/dan. Za odrasle UL od 0.12 mg/kg tjelesne težine/dan je baziran na osnovu rizika loma kostiju, koji se pretvara na osnovu tjelesne težine od 7 mg/danu za populaciju staru 15 god i više i 5 mg/danu za djecu od 14 god. Tolerirajući krajnji nivo unosa fluorida nije utemeljen za male bebe. Za bebe do 6 mjeseci zaključeno je da je koncentracija fluorida od 0.22 mg/kg tjelesne težine/dan sigurna. Dostupnost fluorida iz zemlje ovisi od rastvorljivosti komponenti, kiselosti zemlje i prisutnosti vode. Njihov sadržaj u zraku izvan regije industrijske zone je nizak i ne smatra se da doprinosi unosu većem od 0.01 mg po danu. Unos fluorida putem hrane je generalno nizak, osim kada je hrana pripremljena sa fluoriranom vodom ili soli. Međutim, neki brendovi instant čajeva predstavljaju značajan izvor fluorida. Povrće i voće, mlijeko i mliječni proizvodi, hljeb i žitarice sadrže između 0.02-0.29 mg F/kg. EFSA je odobrila CaF2 i Na2PO3F kao izvor fluorida u dodacima ishrani. 8
Značajno je napomenuti da su bebe i mala djeca otprilike tri do četiri puta više izloženi fluoridima nego odrasli. Tome najviše doprinose korištenje pasti za zube s obzirom da kontrola gutanja kod djece još uvijek nije dovoljno razvijena kao kod odraslih osoba. (3) 1.2.6. Upotreba fluorida Prevencija dentalnog karijesa Smatra se da pri niskim koncentracijama od oko 1ppm fluoridi smanjuju incidencu dentalnog karijesa za 50%. Ovaj efekat pripisuje se aktivnostima fluorida koje se odvijaju u usnoj šupljini u prisustvu plaka i sline. Metaboliziranjem ugljikohidrata u usnoj šupljini bakterije proizvode kiseline koje u prekomjernim količinama mogu da oštete zubnu caklinu i dovedu do nastanka karijesa. Fluoridi reaguju na niske ph vrijednosti te inhibiraju bakterijski metabolizam što zaustavljaja proces razgradnje ugljikohidrata i time nastanak kiselog medija u usnoj šupljini. Druga značajna aktivnost fluorida odvija se kroz inhibiciju demineralizacije i povećanu remineralizaciju cakline. Proces remineralizacije omogućen je vezivanjem fluorida za druge minerale poput kalcija i fosfata, koji se potom zajedno inkomporiraju u demineraliziranu caklinu i tako je čine otpornijom na kiselinu. (12) Topikalna fluoridacija u stomatologiji provodi se kao intenzivni remineralizacijski postupak preparatima fluora koji se dijele na anorganske i organske. Anorganski preparati koji se najčešće koriste su: NaF, kositreni fluorid, zakiseljeni preparat fluora (APF), monofluorofosfat. Najvažniji predstavnik organskih preparata je aminfluorid. Pastama za zube sa fluoridima može se unijeti do 80% od ukupnog dnevnog unosa fluorida i smatra se da su prve tri godine života najkritičnije. Problem koji se javlja kod mlađe djece u toku upotrebe paste za zube sa fluoridima je da često gutaju određene količine rizične za nastanak fluoroze zuba. Zbog toga se roditeljima savjetuje da koriste samo količinu paste za zube veličine zrna graška za veoma malu djecu i da učestvuju ili nadziru pranje zuba do najmanje sedme godine života. Pranje zuba trebalo bi da traje duže od jedne minute a djecu treba podsticati da ispljunu višak paste i da izbjegavaju ispiranje usta vodom. Uobičajena preporuka je da djeci zube treba prati uveče neposredno prije spavanja i bar još jednom u toku dana. 9
Sistemskom fluoridacijom se fluoridi u organizam unose konzumiranjem kontrolisano fluorirane vode, soli, mlijeka ili upotrebom tableta na bazi fluora. (13) Fluoriranje vode Kontrolisana primjena fluorida gradskoj vodi za piće kao mjera javnog zdravlja u prevenciji zubnog karijesa nastala je kao rezultat studija H. Trendley Deana. Studije Deana i njegovih saradnika dovele su do uvoda u fluoriranje gradske vode za piće. 1945. godine grad Grand Rapids u Michiganu postao je prvi grad u svijetu koji je fluorirao gradsku vodu. Dean i saradnici su potom pratili stopu propadanja zuba kod 30000 školske djece. Nakon 11 godina stopa karijesa kod ove djece je smanjena za više od 60%. Također, početkom 1945. godine sprovedene su studije fluoriranja vode u četiri para gradova (intervencija i kontro la): Grand Rapids i Muskegon, Michigan; Newburgh i Kingston, New York; Evanston i Oak Park, Illinois; Brantford i Sarnia, Ontario, Canada. Rezultati su pokazali da nakon 13-15 godina u toku kojih su sprovedene sekvencionalne ukrštane analize, karijes je reduciran od 50 do 70%. (14) Ova saznanja kreirala su senzaciju u javnom zdravstvu koja je obećavala da će revolucionirati dentalnu zaštitu. Fluoriranje vode za piće od tada je postala preventivna i značajna mjera javnog zdravstva što se može objasniti činjenicom da je voda u svakodnevnoj upotrebi i dostupna svima. Njenom primjenom širom svijeta postignuto je značajno smanjenje karijesa kod mnogih populacija. Danas se procjenjuje da je 360 miliona ljudi u oko 60 zemalja izloženo fluoriranoj vodi. (15) Međutim, efikasnost fluoriranja vode za piće u mnogim zemljama promijenila se tokom godina, jer se povećala upotreba fluoridnih pasti za zube, vodica za ispiranje usta, konzumiranje flaširane vode i drugih pića, čije uzajamno korištenje sa fluoriranom vodom za piće može dovesti do kontraefekta. Dodatni problem problem pri upotrebi fluorirane vode jeste pouzdanost i kontrola njezine kvalitete, te individualna potrošnja. (2) Fluoriranje soli Na područjima na kojima fluoriranje vode nije omogućeno, kao alternativa može da se primijeni fluoriranje soli. Danas se ovaj postupak primjenjuje u nekoliko dijelova svijeta, uključujući dijelove Europe i Latinske Amerike. Koncentracija fluorida u soli određuje se na osnovu odnosa unosa soli i mogućnosti konzumacije fluorida preko drugih izvora. Bitno je naglasiti da nema kontrolisanih kliničkih ispitivanja o učinkovitosti upotrebe fluorirane soli. (3) 10
Fluoriranje tableta Tablete sa fluorom mogu se preporučiti osobama s povišenim rizikom za nastanak karijesa ili u zajednicama gdje izvori fluorida nisu dostupni. Pri njihovoj primjeni potrebno je individualno doziranje i discipliniranost. Kontrolu primjene tableta kod djece provode roditelji u dogovoru sa stomatologom koji je odgovoran za tačno doziranje. S obzirom da su rezultati u vezi efikasnosti tableta fluorida u prevenciji karijesa kod djece kontradiktorni, preporučuju se samo praktični savjeti za primjenu tableta sa fluoridima. Preporučene doze pod pretpostavkom da se u vodi za piće nalazi <0.3 mg F/l su: - kod djece od rođenja do 2. godine ne preporučuju se tablete sa fluoridima - kod djece od 2. do 6. godine preporučuje se 0.25 mg F dnevno - kod djece od 7. do 18. godine preporučuje se 0.50 mg F dnevno Ako je nivo fluorida u vodi za piće između 0.3-0.6 mg F/l, kod djece starosti od 2-3 godine nije potrebna upotreba dodatnih fluorida osim pasti za zube sa fluoridima. Kod starije djece dnevna doza tableta trebalo bi onda da se smanji na 0.25 mg F dnevno. Fluoriranje mlijeka Fluoriranje mlijeka upotrebljavalo se kao izvor fluorida uglavnom za djecu. Ovaj način prevencije promovirao se preko školskih preventivnih programa i pokazao se učinkovitim. Međutim, njezin učinak ostao je ograničen na određen dio populacije koji konzumira mlijeko. Fluorirano mlijeko se može koristiti kod ograničenog broja djece u obdaništima, ali ne postoje kvalitetne studije koje su ispitivale efekat fluoriranog mlijeka u prevenciji karijesa zuba. (16) Tretman osteoporoze Osobina fluorida da se ugrade u koštani sistem iskorištena je u pokušaju liječenja osteoporoze. Žene nakon postmenstrualnog perioda veoma često obolijevaju od osteoporoze kostiju zbog prevelikog gubitka kalcija. Fluoridi vezivanjem za kalcificirani matriks kostiju mogu smanjiti gubitak kalcija uslijed slabijeg rastvaranja. Sprovedeno je nekoliko studija u kojima se posmatrala efikasnost tretmana osteoporoze sa NaF. Međutim rezultati ovih istraživanja zahtijevaju potvrdu dodatnim istraživanjima. (17) 11
1.2.7. Toksičnost fluorida Uopšteno, veoma je teško napraviti jasnu razliku između akutnih i hroničnih efekata zbog toga što kategorizacija ovih efekta ovisi od koncentracije fluorida u atmosferi, njihovom obliku, dužini izloženosti, osjetljivosti i toleranciji kod ljudi. Populacije koje su na riziku od izloženosti fluoridima uključuju malu djecu (pripisuje se pojavi ranog četkanja zuba i neadekvatnom velikom unosu fluorida npr. priprema formula za bebe sa fuoriranom vodom za piće), te starije osobe sa nutritivnim i metaboličkim deficijencijama koje mogu uzrokovati promjenu strukture kosti. 1.2.7.1. Hronični efekti Povećan unos fluorida tokom dužih perioda može dovesti do dentalne i skeletne fluoroze. Dentalna fluoroza Dentalna fluoroza je stanje defekta cakline zuba nastalo kao posljedica povećanog unosa fluorida u toku faze formiranja zuba. Njen razvoj i klinička slika ovise od doze, trajanja, vremena sistemske izloženosti fluoridima i faze zuba u razvoju. Klinički blaga dentalna fluoroza pojavljuje se u obliku bijelih neprozirnih linija koje idu preko površine zubne cakline, a kod ozbiljnijih slučajeva zub ima rupičastu površinu uz sekundarnu diskoloraciju. (Slika 2.) Slika 2: Klinička slika veoma blage, blage, umjerene i ozbiljne dentalne fluoroze. (18) 12
Tačni mehanizmi nastanka dentalne fluoroze nisu još u potpunosti razjašnjeni, osim što se smatra da fluoridi u ovisnosti od doze utječu na ameloblaste. Do sada je dokazano da višak apsorbovanog fluorida može ometati normalan razvoj cakline zuba koji se tek razvija. EFSA panel smatra da unos manji od 0.1 mg F/kg tjelesne težine/dan kod djece do 8 godina ne dovodi do značajne pojave blažih oblika fluoroze u trajnim zubima. (19) Fluoroza zubne cakline može se pojaviti u predjelima u kojima se fluorira voda (0.7 1.2 mg/l) te kod upotrebe fluoridnih suplemenata (npr. natrijum monofluorfosfat) i fluorirane paste za zube. (20) Fluorirane paste za zube dominiraju europskim tržištem pasti za zube više od 30 godina, ali ne postoje naučni dokazi koji govore o porastu fluoroze kod djece u EU državama u kojima je fluoridna pasta za zube glavni izvor fluorida. (3) Skeletna fluoroza Skeletna fluoroza je patološko stanje koje se manifestuje kao spora i progresivna bol. Prvi put ju je opisao Roholm (1937) kada je uočio ovo stanje kod radnika u industriji kriolita koji su u toku 4 godine bili izloženi dnevnoj apsorpciji fluorida od 20 do 80 mg. U svome ranom stadiju skeletna fluoroza je često asimptomatska ali može se primjetititi radiološki kao povećana gustina kostiju, najviše kralježnice i karlice. Visoka izloženost fluoridima dovodi do kalcifikacije ligamenata, povećane mineralizacije kostiju (osteoskleroze) i abnormalnog rasta novih kostiju (e gzostoza). (Slika 3.) Fluoridni joni su inkomporirani u kost tako što zamijenjuju hidroksilne grupe u strukturi karbonapatita te tako proizvode fluorohidroksiapatit, a također mijenjaju i mineralnu strukturu kosti. Struktura koju formiraju fluoridi je elektrostatički stabilnija i kompaktnija. Jačina kosti potiče uglavnom usljed interakcije između kolagena i minerala, te zbog toga promjene u mineralizaciji utječu na snagu kosti. U toku faze rasta skeleta, veliki dio ingestiranog fluorida biva odlagan u skelet (do 90% za vrijeme prve godine života i do 50% kod djece starije od 15 godina). Pod određenim uslovima fluoridi mogu oslabiti kost i povećati rizik od lomova kostiju. Koncentracija fluorida u vodi od 4 mg/l će povećati rizik za frakturu kosti u odnosu na koncentraciju od 1 mg/l. (3) Zbog toga višak fluorida tokom dužeg perioda vodi ka bolnim zglobovima i smanjenoj pokretljivosti. U ozbiljnim slučajevima osoba može biti trajno savijena i u nemogućnosti da hoda, ali manje ozbiljni oblici skeletne fluoroze mogu se lagano vratiti u normalno stanje. Ova pojava je najviše detektovana kod osoba koje žive u Indiji, Kini i Africi gdje je unos fluorida izrazito visok (usljed visoke koncentracije fluorida u tekućoj vodi i untrašnjeg 13
sagorijevanja rudnika bogatih fluoridima koje dovodi do visokih koncentracija fluorida u okolini). (2) Slika 3: Klinička slika skeletne fluoroze kod djece. (21) Endemska fluoroza Ova vrsta fluoroze otkrivena je 1937. godine. Otkrivena je kao posljedica potrebe da se pronađe uzrok pojavi hendikepa kod pojedinih stanovnika Indije. Danas je poznato da se endemska dentalna i skeletna fluoroza pojavljuju u više od 30 zemalja svijeta. Iako pogađa veliki broj ljudi u ovim zemljama, ipak je najveći broj ljudi koji pate od ovih bolesti u Indiji i Kini. Fluoroza u obje ove zemlje je dodatno uzrokovana prevelikom konzumacijom čajeva koji sadrže puno fluorida i emisijom iz uglja koji se koristi za ogrev, kuhanje i sušenje hrane. Međutim, problemi sa zdravljem često su povezani sa drugim nutricijskim poremećajima. U Indiji višak fluorida u vodi za piće nije problem u gradovima, već se pojavljuje u selima gdje vrela sadrže vodu koja je bila u kontaktu sa mineralima koji sadrže visok procenat fluorida. Još uvijek nije jasno kako je tačno široko rasprostranjena endemska fluoroza u Indiji jer se čini da se svako nekoliko godina otkrije nova u novom području, ali je WHO objavio: Visoke fluoridne koncentracije u podzemnoj vodi, ispod dozvoljenog nivoa od 1.5 ppm je javni hazard koji afektira veliki segment ruralne populacije do 25 miliona, a procjenjuje se da je 66 miliona populacije na riziku. Ozbiljni slučajevi osim velike patnje uzrokuju i ekonomske poteškoće jer oboljeli ne mogu raditi i samostalno doprinositi za svoj život. (2) 14
Dentalna i skeletna fluoroza mogu se donekle smatrati biološkim markerima efekta fluorida, ali postoje ograničenja. U rezultatima pregledne studije koju je uradio Den Besten zaključeno je da se dentalna fluoroza može pouzdano koristiti kao biomarker za nivo izloženosti fluoridima kod populacije djece mlađe od 7 godina. Međutim, u poređenju populacija u odnosu na stepen fluoroze cakline, u obzir se moraju uzeti faktori kao što su doza, vrijeme, dužina izloženosti, nutricijski status i vjerovatno spol. Trenutne studije na ljudima i životinjama upućuju da postoji individualna varijabilnost u odgovoru na efekte sličnih dozama fluorida. S toga, nije moguće da se fluoroza cakline koristi sama kao biomarker koji govori o stepenu fluoridne izloženosti kod individua. Ali s obzirom na poznatu fluoridnu historiju, moguće je da se fluoroza cakline koristi kao biomarker individualnog odgovora na fluoride. (22) Različite promjene koje se dešavaju kod skeletne fluoroze, kao što su promjena gustine kostiju i trabekularne strukture, nisu specifične i mogu biti povezane sa izloženošću drugim metalima. Nešto specifičnije promjene kod fluoroze su egzostoza, apozicija nove kosti, osifikacija ligamenta, metastatski nagli rast nove kosti. Međutim, ne postoje podaci koji govore o tome koliko dugo ovi efekti traju nakon posljednjeg izlaganja. Postoji dokaz da kod pacijenata sa skeletnim bolestima odnos dializabilnih i nedializabilnih hidroksiprolinskih peptida služi kao indeks prometa koštanog kolagena. Smanjena proporcija nedializabilnih hidroksiprolinskih peptida u urinu kod pacijenata sa fluorozom govore ili o smanjenoj sintezi kolagena ili povećanoj upotrebi kolagena za formiranje matriksa. Ovaj marker nudi potencijal za ranu ali nespecifičnu indikaciju promjene metabolizma kosti nakon dugotrajne izloženosti fluoridima. Također, ni u ovom slučaju ne postoje informacije o tome koliko ovi efekti traju nakon posljednjeg izlaganja. (1) 1.2.7.2. Akutni efekti Većina saznanja o akutnim efektima fluoridima dolazi iz slučajnih ili namjernih trovanja. U mnogim slučajevima prijavljenim u Americi smrt je nastala usljed ingestije otrova protiv mrava ili žohara, a zabilježen je i tragičan slučaj gdje je NaF slučajno pomiješan sa jajima i serviran pacijentima u bolnici, nakon čega je 263 otrovano a 47 pacijenata umrlo. (23) Slučajevi kao ovaj sugeriraju da je akutna letalna doza NaF za odrasle 5 10 g (32 64 mg/kg tjelesne težine) i da je minimum akutne doze koji može dovesti do neželjenih 15
zdravstvenih efekata 5 mg/kg po težini. Međutim, podaci iz literature i mišljenja pojedinih istraživača međusobno se razlikuju pa je tačnu letalnu dozu teško konkretno odrediti. Unošenje fluorida i u relativno malim dozama od 2 do 5 g može pogoršati zdravlje, izazvati komu i smrt. (19) Klinički simptomi akutnog trovanja ingestiranim fluoridima mogu da se pojave veoma brzo. Najprije dolazi do pojačane salivacije, suzenja očiju, javlja se osjećaj muke, povraćanja, nastaje spazam i bol u abdomenu koji je često praćen dijarejom. Prisutna može biti i opšta slabost, dispneja, cijanoza, kardiovaskularne smetnje, ponekad i konvulzije. Kod teških slučajeva letalnom ishodu prethodi koma. Kod trovanja fluoridima nivo kalcija u krvi je veoma smanjen (<5 mg), a nivo kalija je povećan. To dovodi do poremećene propustljivosti ćelijske membrane (izlaska kalija iz ćelija), a slaba oksigenacija krvi u toku dužeg vremenskog perioda rezultira oštećenjem ćelija različitih tkiva. Ingestija HF pogađa gastrointestinalni sistem, uzrokujući abodimanlni bol i druge simptome slične onima kod gutanja drugih koncentrovanih kiselina. Inhalacija prekomjernih količina fluorida može izazvati napad kašlja, gušenja i groznicu te oštećenja respiratornog sistema. Može se razviti i plućni edem čiji su simptomi produženo kašljanje, cijanoza, stezanje u grudima. Ove simptomi često prate žutica i oligurija. (19) Prema Largentu ljudski odgovor na povećane koncentracije gasnog fluorida je sljedeći: -3 ppm (2.44 mg/m 3 ) - nema lokalnog trenutnog sistemskog efekta, iako su se neke osobe žalile na prolaznu iritaciju, crvenilo i svrbež izložene kože; -10 ppm (8.13 mg/m 3 ) - mnoge osobe prolaze nelagodu; -30 ppm (24.4 mg/m 3 ) - osobe imaju ozbiljne pritužbe; -60 ppm (48.8 mg/m 3 ) - dolazi do iritacije konjuktive, nazalnih dijelova i diskomforta traheje i farinksa; -120 ppm (97.6 mg/m 3 ) - najveća koncentracija tolerirana ispod 1 minute od strane dva subjekta; peckanje kože također prisutno. (24) U slučaju nepovoljnog ishoda trovanjem, smrt može nastati 2 do 4 sata nakon unošenja letalne doze. Smrt nastaje zbog inhibicije enzimskog sistema čime se remeti normalni ćelijski metabolizam. To dovodi do poremećaja u prenosu nervnih implusa i prestanku rada vitalnih organa. Fluoridni kompleksi sa kalcijem dovode do hipokalcemije, pa njen nastanak uz enzimsku inhibiciju može prouzrokovati srčani udar ili oštećenja centralnog nervnog sistema. Dobri izgledi za preživljavanje su ako smrt ne nastupi u prvih nekoliko sati, zahvaljujući 16
brzom deponovanju fluorida u koštani sistem i izlučivanja urinom. Nakon trovanja oporavak teče brzo, uglavnom bez komplikacija i velikih posljedica. (19) Terapija akutnog trovanja je uglavnom simptomatska. Ako nije došlo do spontanog povraćanja, treba ga izazvati kako bi se fluor otklonio iz gastrointetsinalnog sistema. Također, korisno je davanje mlijeka ili neke druge tečnosti koja je bogata kalcijem, čak i intravensko ubrizgavanje kacij glukonata, kako bi se neutralisali joni fluora u krvi. Pacijentu u nesvjesnom stanju prvo treba uspostaviti disanje i rad kardiovaskularnog sistema. (19) 1.2.8. Efekti fluorida na sisteme organa Nakon oralne ingestije fluorida i ulaska HF u intersticijsku tečnost u mukozi gdje ph pravi neutralnu sredinu, HF disocira i oslobađa fluoridne i hidrogenove jone koji mogu da oštete tkivo gastrointestinalnog sistema (GIT). Da li će šteta nastati ovisi od koncentracija ovih jona u tkivu. Smatra se da HF koncentracija između 1 i 5 mmol/l, priustna u mukozi najmanje 15 minuta predstavlja prag za efekte na funkciju i strukturu tkiva. Pojedinačne visoke doze ingestiranog fluorida su poznate da izazivaju GIT simptome, kao što su mučnina i povraćanje. Hronična izloženost pitkoj vodi sa koncentracijom fluorida od 4 mg/l može izazvati iste simptome, ali to još uvijek nije dobro dokumentovano. Dosadašnje studije nisu uspjele da testiraju tačne promjene u GIT simptomima nakon izlaganja fluoridima. Možda je može reći da se manje od 1% populacije žali na GIT simptome nakon što je sprovedeno fluoriranje. Studije koje su sprovedene u Americi gdje je koncentracija fluorida u vodi bila veća od 4 mg/l do 8 mg/l nisu zabilježile simptome GIT nelagodnosti. U Engleskoj gdje je veoma često konzumiranje čaja, stanovnici mogu konzumirati i do 9 mg fluorida po danu. GIT problemi nisu zabilježeni kod osoba koje piju čaj. Odsustvo simptoma može biti uslijed tvrdoće vode, koja je u nekim dijelovima Engleske visoka. Jedna studija je zabilježila da je neočekivano visoka koncentracija fluorida u mekoj vodi u poređenju sa tvrdom vodom kada se prokuhaju. Nasuprot ovome, u Indiji gdje je endemska fluoroza dobro dokumentovana, česti su ozbiljni GIT simptomi. Ne može se isključiti utjecaj slabe nutricije (odsustvo kalcija iz hrane u stomaku) na simptome GIT-a putem fluoridne ingestije. Hronična ingestija vode za piće bogate fluoridima na prazan stomak je više omogućava da izazove simptome. Kod ispitivanja efekta fluorida na reproduktivni sistem, u kontrolnim studijama slučajeva nije pronađen dokaz za asocijaciju između konzumacije fluorirane vode za piće od strane majki i povećanog rizika za spontani pobačaj, kasni negativni ishod trudnoće ili kongenitalnu srčanu 17
bolest kod djece. Ova saznanja potvrđuju ranija zapažanja da ne postoji adekvatna povezanost između stepena Downovog sindroma ili kongenitalnih malformacija i konzumiranja fluorirane vode za piće. SCHER je zaključio da niski nivoi izloženosti fluoridima ne utječu na reproduktivni kapacitet. Studije efekata fluorida na bubreg, jetru i imunološki sistem predlažu da izloženost koncentracijama većim od 4 mg/l može utjecati na bubrežno tkivo i funkciju, te prouzorokovati hepatične i imunološke promjene u in vitro testiranim životinjama. Nekoliko studija je predložilo da fluoridi mogu biti povezani sa formiranjem bubrežnog kamena, dok su druge sugerirale da zaustavljaju formiranje kamena. Neki efekti fluorida na enzime jetre su posmatrani u studijama osteoporoze kod pacijenata koji su koristili terapiju fluoridima, ali dostupni podaci nisu dovoljni da se donese zaključci u vezi potencijalnih rizika za dugotrajnu izloženost niskim koncentracijama fluorida. Također, malo je podataka poznato u vezi imunoloških parametara kod ljudi koji su izloženi fluoridima putem vode za piće ili terapijom osteoporoze, ali in vitro testiranja i testiranja na životinjama sugeriraju da je potrebno više istraživanja u ovom području. Imuno i matične ćelije prilikom remineralizacije kosti imaju potencijal da budu izložene koncentracijama fluorida u intersticijskoj tečnosti. Sa imunološke tačke gledišta osobe koje imaju oslabljen imunološki sistem (npr. AIDS, transplantacije, zamjena koštane srži) izložene su većem riziku efektata fluorida. (25) 1.2.9. Karcinotoksičnost i genotoksičnost fluorida U svrhu provjere potencijala karcinotoksičnosti neke supstance koriste se humane epidemiološke studije, bioeseji na laboratorijskim životinjama, kratkoročni genotoksični testovi, metabolički i farmakokinetički podaci. Bilo koja promjena u hromosomskoj ili DNA strukturi ili funkciji sugeriraju da hemikalija ima potencijal da izazove genetički efekat kao i karcinogenetski potencijal. Ove promjene veoma često interferiraju sa normalnom duplikacijom, funckijom i kontrolom ćelijske podjele i genetske aktivnosti koje mogu rezultirati kao prekancer ili rani neoplastični procesi. Genotoksični testovi ispituju potencijal fluorida da izazovu mutacije, utječu na strukturu hromosoma i drugog genomskog materijala, utječu na DNA replikaciju, popravku, i ćelijski 18
ciklus; i/ili transformišu kultivisane ćelijske linije kako bi ih osposobili da izazivu tumor kada budu implantirani u životinje domaćine. Također, genotoskičnost obuhvata sposobnost da izazove mutacije germinativnih i somatskih ćelija koje dovode do malformacija, bolesti i drugih negativnih posljedica po zdravlje. Kako bi se procijenila genotoksičnost velikog broja hemikalija koriste se mnogi ćelijski sistemi koji su nastali od različitih organizama. Prilikom određivanja rizika za ljude od unošenja fluorida za procjenu aplikabilnosti rezultata ovih testova uzeti su u obzir neki od glavnih parametra kao što je koncentracija korištena u esejima poređena sa fiziološkim koncentracijama, vrsta nosača fluorida u eseju, postojeći podaci o opštoj aplikabilnosti različitih eseja i riziku za čovjeka. Smatra se da fluoridi nisu mutageni u prokariotskim ćelijama, iako u kultivisanim ćelijama pri koncentracijama koje su blago citotoksične NaF i KF (500-700 mg/l) induciraju mutacije na lokusu za timidin kinazu i smanjuju stopu rasta ćelija. Mehanizam aktivnosti NaF ogleda se u tome što on inhibira proteinsku i DNA sintezu u kultivisanim ćelijama sisara. Inhibicija DNA sinteze može nastati kao sekundarni efekat inhibicije sinteze proteina ili kao rezultat direktne inhibicije DNA polimeraze. Reakcije fluorida mogu se manifestovati na nekoliko načina. Oni mogu reagovati sa dvovalentnim kationima u ćeliji i tako utjecati na enzimatsku aktivnost koja je potrebna za DNA ili RNA sintezu; ili na metabolizam hromozoma ili održavanje istog; ili mogu reagovati direktno sa DNA kao dio kompleksa; ili može ometati druge ćelijske procese kao što je ćelijska diferencijacija ili energetski metabolizam. (3) Hromosomske aberacije, najčešće lomovi/delecije i gapovi koji su nastali zbog izloženosti NaF su bili ispitivani u mnogo in vitro eseja, ali nisu pronađeni značajni rezultati. Pozitivni nalazi genotoksičnosti uočeni su samo pri dozama koje su jako toksične za životinje, dok su niže doze generalno bile negativne za genotoksičnost. Hromososmske aberacije i mikronukleus u koštanoj srži su posmatrani kod švicarskog miša (do 18 mg F/kg tjelesne težine), međutim nakon oralne izloženosti nisu dokazani efekti. Pozitivan nalaz fluorida u genotoksičnim testovima nađen je pri visokim koncentracijama (>10 mg/l) i taj efekat je najviše zbog generalne inhibicije protein sintaze i enzima kao što su DNA polimeraze. Postoje konfliktni izvještaji u vezi genotoksičnnih efekata kod ljudi. Nije dokazana povećana frekvencija hromosomskih aberacija ili mikronukleusa kod pacijenata sa osteoporozom koji primaju NaF tretman. Stoga je zaključeno da su genotoksične studije fluorida visoko ovisne od korištenih metoda i da često pokazuju kontradiktorne rezultate. Najdosljedniji rezultat jeste da fluoridi nisu mutageni u standardnim testovima kod bakterija (Amest test). U nekim studijama sa varirajućim metod ologijama, zabilježeno je da fluoridi induciraju mutacije i hromosomske aberacije u kultivisanim glodarima i humanim 19
ćelijama. Genotoksičnost fluorida kod ljudi i životinja je nerazjašnjena uprkos mnogobrojnim studijama. (3) Karcinogenetske studije koje su sprovedene od strane Američkog Nacionalnog Toksikološkog programa (NTP) urađene su tako da su muški pacovi (F344/N) primali kontrolu od 0.2, 0.8, 2.5 ili 4.1 mg F/kg tjelesne težine iz vode za piće, te je zapažen razvoj osteosarkoma sa značajnim dozno ovisnim odgovorom. Međutim, u poređenju sa drugom studijom u kojoj je data visoka doza, rezultati nisu bili statistički značajni. Osteosarkom nije pronađen kod ženskih pacova. Zaključak NTP-a je bio da ne postoji pouzdan dokaz za karcinotoksičnost NaF kod muških (F344/N) pacova. U drugoj studiji u kojoj su muški pacovi primali do 11.3 mg F/kg tjelesne težine po danu nije zapažen osetosarkom, osim jednog (1/70) fibroblastnog sarkoma koji se pojavio pri najvećoj dozi, dok tumori kod ženki također nisu pronađeni. Na osnovu rezultata najadekvatnijih dugoročnih karcinogenetskih studija, postoje nepouzdani dokazi karcionotoksičnosti fluorida u muškim pacovima i bez dokaza o karcinotoksičnosti u miševima. Niti jedna karcinotoksična studija nije bila zaključena kod korištenja hidrofluorosilikatne kiseline, natrijum silikofluorida, dinatrijum heksafluorosilikata, heksafluorosilikata ili heksafluorosilikatne kiseline. (6) 1.2.10. Neurotoksičnost fluroida Podaci o neurotoksičnosti fluorida na eksperimentalnim životinjama su ograničeni. Jedna od studija koja je urađena kod ženskih pacova koji su bili izloženi visokim dozama fluorida (7.5 mg/kg/danu tokom šest sedmica) rezultirala je promjenama u spontanom ponašanju, a autori su naveli da je posmatrani efekat bio u vezi sa hiperaktivnošću i kognitivnim deficitima. U studiji u kojoj su ženki pacova davane doze fluorida do 11.5 mg/kg/danu tokom osam mjeseci, nije došlo do značajne razlike između ispitivanih grupa u učenju ili izvođenju operativnih zadataka. Fluoridne koncentracije u tkivu, uključujući sedam različitih regija mozga, direktno su povezane sa nivoima izloženosti. Autori ove studije su zaključili da kod ženki pacova ingestija fluorida pri visokim nivoima (230 puta veća od onih kojima su izloženi ljudi putem fluorirane vode) nema značajan efekat na proces učenja. Pojedine studije na životinjama sugeriraju da postoji potencijalni efekat na štitnu žlijezdu nakon izloženosti fluoridima. Međutim, dostupne informacije nisu dovoljne jer nisu posmatrani efekti na štitnu žlijezdu u dugoročnim studijama. (3) 20
Podaci o neurotoksičnosti fluorida kod ljudi su također ograničeni. Do sada je poznato da fluoridi mogu uzrokovati neurotoksičnost na životinjskim modelima, te da akutno fluoridno trovanje uzrokuje neorotoksičnost kod odraslih osoba. Međutim, o efektima na dječiji neurološki razvoj ima veoma malo znanja. Zbog toga su Choi i saradnici 2012.godine uradili pregled i meta-analizu objavljenih studija kako bi istražili efekte povećanih fluoridnih nivoa i odloženog neurobihevijoralnog razvoja. Rezultati meta-analize 27 studija objavljenih tokom 22 godine sugeriraju obrnutu vezu između visoke izloženosti fluoridima i koeficijenta inteligencije ( IQ) kod djece. Djeca koja su živjela u područjima u kojima su bili izloženi visokim koncnentracijama fluorida imali su niže IQ rezultate od onih koji su živjeli u područjima sa niskom izloženošću fluoridima. Ovi rezultati potvrđuju rezultate studije koju su ranije uradili Tang i saradnici. Oni su između 1998. i 2008. godine objavili meta-analizu 16 studija sprovedenih u Kini, u kojima su ocijenjivali utjecaj fluoridnih nivoa na IQ djece. Autori studije su zaključili da djeca koja žive u područjima sa visokom incidencom fluoroze i visokim nivoima fluorida u zraku imaju pet puta veću mogućnost sa razvoj niskog IQ-a od onih koji žive u područjima sa niskom prevalnecom fluoroze. (26) Slične studije sprovedene u Kini, uglavnom su poredile srednju vrijednost IQ-a kod djece školskog uzrasta, a koji su bili izloženi različitim nivoima fluorida, putem tekuće vode ili putem sagorijevanja uglja koji se koristi kao glavno gorivo. Međutim, ograničavajući faktor sprovedenih studija jeste to da su koristile jednostavan metodološki dizajn, bez ili sa vrlo malo kontrole drugih faktora kao što su npr. unos olova ili joda, nutricijski status, uslovi življenja, obrazovanje roditelja, prihodi. (3) Na osnovu dostupnih studija na ljudima ne može se čvrsto zaključiti da unos fluorida ometa dječiji neurološki razvoj. Sistematična evaluacija studija na ljudima ne sugerira potencijalni efekat na štitnu žlijezdu pri većoj izloženosti fluoridima. Ograničeni podaci na životinjama ne mogu podržati vezu između izloženosti fluoridima i neurotoksičnosti pri dozama koje nisu toksične, kako navode epidemiološke studije. SCHER se slaže da ne postoji dovoljno dokaza da se zaključi da fluoridi u pitkoj vodu mogu oštetiti IQ. Treba imati na umu da je inteligencija multifaktorijalna varijabla na koju najviše utječu genetika i nutricija koje razvijaju kognitivne i psihosomatske aktivnosti kod pojedinaca. Potrebno je dalje raditi istraživanja na nivou utjecaja roditeljske genetike na dječiju inteligenciju i njihovu povezanost sa ingestiranim fluoridima. (27) 21
1.3. Zemzem voda Brojne religije i vjerovanja od drevnih vremena koristile su svetu vodu za vjerske obrede, ali i izlječenja. Upotreba svete vode za krštenje i duhovno pročišćavnje danas je veoma česta u kršćanstvu, šikiizmu i hinduizmu. Također i u muslimanskoj tradiciji postoji vjerovanje o božanstveno blagoslovenoj vodi Zemzem vodi, za koju muslimani smatraju da omogućava da zadovolji glad, žeđ, kao i da izliječi bolesne. (28) Milioni muslimana piju Zemzem vodu kao svetu vodu, naročito u vrijeme svetog obreda hadža i umre svake godine. Zemzem vrelo staro je 4000 godina, a priča o njegovom nastanku dobro je poznata muslimanima. Vrelo se nalazi u dolini Ibrahim koja se prostire kroz grad Meku u zapadnom dijelu Saudijske Arabije (SA). Ono je ručno iskopano, duboko je oko 30.5 m, a okružuju ga brda eruptivnih stijena. (Slika 4.) Danas je bunar Zemzema smješten u podrumsku sobu zaštićenu staklenim panelima kojoj je pristup posjetiocima zabranjen. (Slika 5.) Javnosti je voda dostupna uz pomoć električnih pumpi koje izvlače vodu iz vrela na površinu (koja obuhvata plato Svete džamije), po čijoj periferiji se nalaze fontane i posude za dohvaćanje Zemzem vode. (Slika 6.) Hodočasnici na taj način mogu puniti kanistere vode kako bi ih ponijeli za ličnu upotrebu ili kao poklone porodici i prijateljima. Kako bi očuvali Zemzem vodu čistom i obilatom, Saudijski geološki nadzor uspostavio je Istraživački centar za studiranje i istraživanje Zemzem vode (ZSRC). (29) Slika 4: Shematski prikaz lokacije Zemzem vrela, dubine i područja koje ga okružuje. (30) 22
Slika 5: Današnji izgled bunara Zemzem vrela koji je zaštićen staklenim panelima. (30) Slika 6: Aparati i posude putem kojih javnost koristi Zemzem vodu. (31) 23