Эндемический флюороз и безопасность фторированной воды - гигиенические проблемы фторирования питьевой воды

Глава V
Эндемический флюороз и безопасность фторированной воды
Описания своеобразного заболевания зубов, названного «пятнистой эмалью», среди жителей некоторых местностей стали появляться в научной литературе еще в начале XX столетия. Однако лишь в 1931 г. было доказано, что причиной эндемий «пятнистой эмали» зубов является высокая концентрация (свыше 1—2 мг/л в умеренном климате и более 0,5—0,8 в жарком) фтора в питьевой воде [87, 89]. Это открытие стимулировало изучение эндемического флюороза, которое осуществлялось в нескольких направлениях:
а)     выявлялись и описывались очаги эндемического флюороза в различных странах, причем особое влияние уделялось выяснению зависимости между KF~ и тяжестью поражения зубов- изучались патогенез и клиническая картина «пятнистой эмали» зубов- б) выявлялось действие высоких KF на скелет, другие органы и физиологические системы- в связи с введением фторирования воды в последние десятилетия аналогичные исследования производились с целью изучения безопасности этого мероприятия, т. е. употребления питьевой воды, содержащей около 1 мг/л F- в хроническом эксперименте на животных всесторонне изучалось действие (токсическое, аллергенное, канцерогенное, мутагенное и др.) разных KF- на организм- изучалась токсикодинамика фтора- г) изучалось влияние различных условий внешней среды (в особенности климата и питания) на заболеваемость флюорозом- д) разрабатывались гигиенические нормы содержания фтора в питьевой воде и мероприятия по предупреждению возникновения новых и ликвидации существовавших очагов эндемического флюороза.
По перечисленным вопросам опубликовано свыше 12 000 работ. Здесь излагаются в обобщенном виде лишь наиболее важные результаты проведенных исследований.

1. Патогенез флюороза.

Ион фтора, легко проникая сквозь клеточные мембраны, оказывает преимущественно ингибирующее действие на многие ферменты, с чем связывают его токсическое действие. Для большинства ингибируемых F ферментов характерна их активация ионами металлов (Mg, Mn, Zn, Са, Fe и др.), с которыми F образует комплексные соединения, в результате чего металлы становятся биологически инертными. F- влияет в ряде случаев на активность ферментов (энолаза, сукциндегидрогеназа) и через фосфор, образуя магний— фосфатфторидные комплексы (фтор соединен с магнием и ферментным белком). In vitro F- в концентрации 1 мг/л настолько изменяет свойства белков сыворотки крови (связывание NH-групп или конформационные изменения), что биуретовая реакция становится отрицательной (Р. Д. Габович, П. М. Бурьян). Таким образом, спектр возможного действия на ферменты весьма широк, в связи с чем многие из них, участвующие в ключевых реакциях межуточного обмена веществ (энергетическом, углеводном, жировом, белковом — аминокислотном, нуклеиновом, а также фосфатазы), ингибируются нм. В этом видят непосредственный механизм действия F- на важнейшие функции клеток: гликолиз, дыхание, сократительную, защитную, деление, рост и др.
Однако нельзя пройти мимо того, что сведения о воздействии F- на ферменты получены в экспериментах in vitro, а если in vivo, то преимущественно на животных, которым вводили значительно большие дозы F-, чем воздействующие на людей в эндемических очагах. Поэтому переносить экспериментальные данные на людей следует весьма осмотрительно.
Наиболее чувствительны к F липаза (0,01 мг/л)*, аргининсукцинатдегидрогеназа (0,01 мг/л), глютаминсинтетаза (1 мг/л), тирозиназа (0,38 мг/л), холинэстераза (1 мг/л), щелочная пирофосфатаза (0,38 мг/л). Несколько менее чувствительны к F энолаза (3_ мг/л), кислая фосфатаза (3,8 мг/л), ката- лаза (10 мг/л), аденозинтрифосфатаза (4,7 мг/л) и др. Многие ферменты ингибируются при концентрациях F&ldquo- от 15 до 200 мг/л. Некоторые из названных концентраций одного порядка с темн, которые могут быть в тканях организма людей, проживающих в очагах эндемического флюороза. Кроме того, имеются основания полагать, что концентрация F в митохондриях и рибосомах в несколько раз больше его средней концентрации в данной ткани. Эту гипотезу очень важно проверить.

*В скобках указана концентрация, при которой in vitro начинается ингибирующее действие F-.

Большой интерес представляют исследования на тканевых культурах. Ведь многие ферменты, ингибируемые F, играют важную роль в синтезе белков, ДНК, РНК и процессах клеточного деления. Обобщенные результаты исследований представлены в табл. 10, из которой видно, что пороговое действие фтора на культуру костной ткани начинается при более низкой концентрации (0,19 мг/л), чем на культуру HeLa клеток, фибробластов или клеток слизистой пищевода (по многократным экспериментам Armstrong с соавт., не меньше 10 мг/л). Лишь в опытах Веггу с соавт. торможение роста культуры HeLa клеток наблюдалось при 0,4—0,5 мг/л F&ldquo-, но проверка другими экспериментаторами их данные не подтвердила. Интересно, что даже клетки тканевой культуры способны адаптироваться к высоким концентрациям фтора. Так, в экспериментах J. Hongslo [178] культура фибробластов, погибавшая при 45 мг/л F, после адаптации стала хорошо переносить из мг/л F, причем не потеряла этого свойства в течение 60 генераций.
Обсуждая механизмы непосредственного действия F на клетку, нельзя пройти мимо его влияния на проницаемость клеточных мембран. F- увеличивает их проницаемость для одних веществ (например, для неэлектролитов, фосфатов и др.) и уменьшает для других (например, для глюкозы, воды, Na). Лишь у клеток головного мозга при воздействии F- уменьшается проницаемость для неэлектролитов и повышается для воды. Ухудшением проницаемости мембран можно объяснить падение активности щелочной фосфатазы сыворотки крови при флюорозе, так как in vitro подобные же концентрации F не ингибировали этот фермент [155].
Таблица 10
Некоторые параметры, характеризующие биологическое действие и гигиеническое значение фтора

Оказывая ингибирующее действие на ферменты in vitro, фтор не всегда отрицательно (в смысле замедления) влияет на те или иные обменные процессы в организме. Многообразный и антагонистический (по принципу обратной связи) характер регулируемых нервной системой биохимических превращений в организме может приводить к тому, что торможение одних процессов ведет к усилению (ускорению) других. При хроническом флюорозе могут протекать и адаптационно-компенсаторные процессы, приводящие к усилению некоторых видов ферментативной активности тканей. Кроме того, если основной метаболический путь блокирован, то иногда остается больше субстрата для альтернативного пути. В изложенном кроются причины так называемого парадоксального действия фтора, когда при употреблении воды с более высокой KF~ изменяется направленность сдвигов, например, уменьшается ингибирование какого-либо звена биохимических превращений. A. Schatz, J. Martin [243] и ряд других противников фторирования воды пытались возвести этот в общем уже давно известный биологический феномен в некую сенсацию, касающуюся только такого «коварного» яда, как фтор, и убедить в возможности усиления токсичности фтора при уменьшении его действующей дозы. Фактически же с увеличением дозы фтора сверх оптимальной величины все исследователи наблюдали, если оценивали интегрально, только большее нарушение обменных процессов, т. е. усиление токсичности, а с уменьшением KF ослабление ее.
К сожалению, отсутствуют сопоставимые данные о    чувствительности к F- разных ферментов in vivo. Наличие подобной шкалы помогло бы разобраться в токсикодинамике фтора.
В итоге можно прийти к выводу, что «точек приложения» (рецепторов) воздействия F в организме много, отчего его издавна причисляют к протоплазматическим ядам. В целостном организме нарушения обменных процессов сказываются на всех тканях, но все же имеются основания полагать, что при флюорозе в первую очередь страдают твердые ткани, в ростковых участках которых концентрация F- достигает максимальных величин. Недаром токсикологи считают, что нередко именно процессы распределения яда в организме лежат в основе специфики его токсического эффекта. Поскольку амелобласты примерно в 5 раз чувствительнее к F-, чем остеобласты, то флюороз зубов наблюдается при меньших дозах фтора, чем флюороз скелета [251]. При резорбции фтористых соединений из пищеварительного тракта органом, принимающим на себя «первый удар» фтора, является печень, в которой также следует искать ранние повреждения.
Кроме того, действие фтора должно сказаться на системах, обеспечивающих универсальную реакцию адаптации и повышающих толерантность организма к ядам- мы имеем в виду функции различных отделов нервной системы, систему гипоталамус — гипофиз — кора надпочечников [58] и другие эндокринные железы. Хотелось бы при этом подчеркнуть, что организм обладает значительным потенциалом адаптации к фтору.
Кроме печени, в зависимости от дозы фтора, могут страдать и другие органы (сердечно-сосудистая и кроветворная системы, почки и др.), что находит свое отражение в патогенезе и клинике хронического флюороза.
При флюорозе имеет место не только функциональная, но и материальная кумуляция. Однако в основном фтор откладывается в твердых тканях, где его концентрация в сотни раз больше, чем в мягких. Поэтому при хроническом флюорозе наиболее заметные изменения наблюдаются со стороны скелета [60]. Даже при тяжелом флюорозе скелета изменения функции внутренних органов слабо выражены и данные исследования содержания фтора в тканях объясняют почему. Так, П. М. Бурьян газохроматографическим методом определил содержание фтора в печени контрольных крыс, употреблявших воду с 0,2 мг/л F-, 0,98 мг/кг фтора, у употреблявших воду с 10 мг/л — 1,87 и 100 мг/л — 2,34 мг/кг, т. е. при увеличении KF- в 500 раз содержание фтора в ткани печени возросло всего в 2,4 раза.