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1.8.- FLUOR. BENEFICIOS SOBRE LA SALUD HUMANA

Por Roger Benito Olivares Licenciado en Ciencias Químicas por la U.A.B. Máster en Química Agroalimentaria por el IQS y, Joaquim Nogueras Bayona Licenciado en Odontología por la UB

INTRODUCCIÓN El flúor en su forma más elemental es, en condiciones normales de presión y temperatura, un gas, incluido en el grupo VII de la tabla periódica. Es el más electronegativo de todos los elementos, y no sólo posee notables cualidades químicas sino también fisiológicas, de la máxima importancia para la salud y el bienestar del hombre. Por su comportamiento químico, es el más activo de todos los iones elementales. Aunque presente en casi todos los elementos, su concentración es alta en aguas minerales, pescados, té y en determinadas harinas. El enriquecimiento controlado de agua potable con fluoruros, tiene un gran interés desde un punto de vista sanitario, y es reconocido por la OMS como método preventivo de la caries dental en la población. En los huesos, el flúor aumenta los cristales de apatita y reduce su solubilidad, desempeñando un papel estabilizador del tejido óseo en determinadas patologías, como la osteoporosis. PRINCIPALES FUENTES DE FLUOR La principal fuente de suministro de flúor es el agua potable, junto con otras bebidas, como el té y ciertas aguas minerales. El agua potable se somete a tratamiento mediante diversos procesos para mejorar su potabilidad, sin llegar a unos límites máximos fijados por la legislación en cuanto a concentración de sustancias. Entre estos procesos destaca la fluoración, medida con cincuenta años de antigüedad que tiene el total apoyo de la OMS y de la FDI (Federación Dental Internacional), por su acción preventiva y beneficiosa para la salud. La concentración en aguas de abastecimiento público en climas templados debe ajustarse a 1 ppm, mientras que en zonas más cálidas, debido a la mayor ingestión, la concentración óptima puede ser menor. Por ejemplo, en Barcelona, con una temperatura media de 19ºC es necesaria una concentración de 0’9 ppm. A diferencia de las aguas potables las minerales naturales son un producto natural, procedente de un proceso hidrogeológico que determina su composición. El papel terapéutico viene determinado por las propiedades químicas y fisiológicas de sus componentes, los cuales no

tienen un límite máximo siempre y cuando no sean perjudiciales para la salud. Dentro de este grupo destacan las procedentes del manantial de Vichy Catalán y del de Malavella, con una concentración aproximada de 1 ppm. Desde los años 50 se estudian otras vías de aporte de flúor aparte del agua para poder hacer más extensos sus beneficios en aquellos lugares donde el suministro de aguas fluoradas es insuficiente. Los alimentos escogidos para este fin son la sal, la leche, el pan, el azúcar, la harina y ciertas grasas, siendo los dos primeros los de mayor aceptación. METABOLISMO DEL FLUOR En los seres vivos se encuentra en forma iónica como fluoruro. Normalmente presente en el cuerpo humano, la cantidad total oscila alrededor de 2’5 gramos, mientras que el nivel en sangre está entre 0’10 y 0’45 ppm. El flúor ingerido en la dieta se absorbe rápidamente a traves del tracto gastrointestinal, pasa a la sangre y se distribuye por difusión simple a órganos y tejidos. El parámetro que regula la absorción a través del estómago es el PH. El ambiente ácido del estómago convierte el flúor iónico en ácido fluorhídrico, que atraviesa las barreras fisiológicas. A su vez, la absorción viene también determinada por la composición de las sustancias ingeridas. Compuestos como el fluoruro de sodio son absorbidos casi completamente, mientras en aquellos de menor solubilidad, como el fluoruro de magnesio, aluminio o calcio, la absorción será menor. La concentración en sangre disminuye debido a la distribución y a la excreción. Los tejidos que presentan una mayor distribución son el óseo y el dental, y en menor parte los tejidos blandos. Estudios realizados demuestran que la edad es el factor limitante en la capacidad de captación de fluoruros, tanto en el tejido óseo como en el tejido dental. Las vías principales por donde se realiza la excreción son la orina, las heces y la respiración, siendo la primera la más significativa. En un estudio detallado, McClure y Kinser demostraron la relación directa entre contenido de flúor en orina y en agua, de tal modo que una mayor concentración en la dosis ingerida, provoca una reacción por parte del riñón que aumenta la concentración en la orina. Entre los factores que influyen en la excreción se encuentran la cantidad total ingerida, la edad y el PH. BENEFICIOS DE LOS FLUORUROS Las indicaciones terapéuticas del flúor se centran en la prevención de la caries dental, y, en menor medida, en el tratamiento de algunas afecciones óseas como la osteoporosis.

ACCIONES SOBRE LA ESTRUCTURA DENTAL Comúnmente se cree que los beneficios del flúor procedentes de la ingesta están limitados a los niños en edad de formación dentaria. Sin embargo, ya en 1951, Russell y Elvove demostraron que los adultos residentes en zonas con aguas fluoradas recibían los beneficios de esta prevención durante toda la vida. El flúor actúa de forma tópica sobre los dientes, mediante la utilización de dentífricos, geles y barnices, y de forma sistémica mediante el agua potable y los alimentos principalmente. Los componentes más importantes de esmalte dental son el calcio y los fosfatos, que se disponen en cristales de estructura muy similar a la hidroxiapatita. La superficie de estos cristales es extensa y químicamente reactiva, produciéndose en ella numerosas sustituciones y absorciones. Una de las sustituciones más significativas es la de los grupos hidroxilo por flúor, dando lugar a la formación de fluorapatita y fluorhidroxiapatita, mucho más estables, menos solubles en ácido y con una mejor estructura cristalina que la hidroxiapatita. La caries se produce por efecto de los ácidos orgánicos resultantes de la degradación de carbohidratos por parte de las bacterias de la placa dental. Estos ácidos hacen disminuir fácilmente el PH del medio por debajo del 5’5 nivel crítico a partir del cual se diluye la hidroxiapatita. En cambio, la fluorapatita no se disuelve hasta un PH de 4,5 al que las bacterias cariogénicas llegan más difícilmente. A su vez, el flúor disminuye el metabolismo bacteriano por su actividad antiglucolítica y tiene efectos remineralizadores en la detención de caries de esmalte incipientes. ACCIÓN TERAPEUTICA SOBRE LA OSTEOPOROSIS El flúor puede ser una alternativa válida en el tratamiento de algunas formas de osteoporosis establecida. La osteoporosis es una enfermedad caracterizada por la disminución de la densidad de la matriz ósea normalmente mineralizada (osteoide). Se produce una debilidad estructural del hueso debida a un agrandamiento del espacio medular y osteonal, y a una reducción del grosor cortical. Está relacionada principalmente con factores de edad y sexo (postmenopáusica). Otras causas pueden ser las anomalías endocrinas, deficiencias nutricionales, consumo de fármacos, largos períodos de inmovilidad, enfermedades crónicas, neoplasias óseas y etiología idiopática. Entre otras sustancias, el fluoruro sódico puede ser beneficioso en el tratamiento de la osteoporosis, ya que estabiliza el cristal mineral y estimula los osteoblastos para formar nueva matriz ósea. Aunque el hueso sintetizado de nuevo y radiológicamente denso no es ni estructural ni materialmente normal, diversos estudios demuestran una menor incidencia de fracturas por compresión de los cuerpos vertebrales en los pacientes que toman fluoruros.

El aporte de flúor debe ir acompañado de la ingesta adecuada de calcio y vitamina D, si no es así podría dar lugar a una osteomalacia aguda, calcificación defectuosa de la matriz ósea acompañada de tejido osteoide por acción insuficiente de vitamina D. TOXICIDAD Es importante señalar que el riesgo de intoxicación por aguas fluoradas es escaso. No se ha podido comprobar en ningún caso que su consumo produzca algún tipo de alteración sobre el organismo. A pesar de diversas opiniones contrarias, las aguas fluoradas son reconocidas como un procedimiento eficaz y seguro para la prevención de la caries dentaria por la OMS. La FDI, teniendo en cuenta un conjunto de minuciosos estudios, descarta cualquier posibilidad de que los fluoruros usados para la prevención de caries dental, ya sea de forma tópica o sistemica, sean causa de enfermedades con las que en ocasiones han sido relacionados, como el cáncer, osteosarcoma, síndrome de Down e interferencias en funciones enzimáticas. Recordando a Paracelso: “Todas las sustancias son venenos, no existe ninguna que no lo sea. La dosis diferencia un veneno de un remedio”. Se considera óptima una ingestión diaria de 0’05 a 0’07 mg/kg. en adultos, y de 0’01 a 0’013 en niños, mientras que la dosis a ingerir para producir una intoxicación es de 10 MG/Kg. Teniendo en cuenta estos valores y tomando como referencia una agua mineral fluorada, con una concentración del orden de 1 ppm de flúor, un hombre de peso medio tendría que hacer un consumo diario superior a los 700 litros para padecer trastornos metabólicos, dato que plasma el nulo riesgo de toxicidad que puede representar la ingestión de aguas minerales de consumo con dicha concentración de flúor. BIBLIOGRAFIA - American Water Works Association: “Water Quality and Treatment”. Ed. McGraw-IGH. - BENITO OLIVARES R., CARRERAS ROCA M.: “Hidrología Médica”. Anales de

Odontoestomatología, 4: 136-7, 1994. - CATALAN LAFUENTE J: “Química del agua”. Ed. Blume. - CUENCA E., MANAU C., SERRA LL.: “Manual de odontología preventiva y comunitaria”. Ed.

Masson. - KRAUSE-HUNSCHER: “Nutrición y dietética en clínica”. Ed. Interamericana. - KUNZEL w.: “Systemic Use of Fluoride-Other Methods: Salt, Sugar, Milk, etc.” Caries

Research, 27: 16-22, 1993 - NETTER F.H.: “Sistema Musculoesquelético”. Tomo 8.1. Ed. Masson-Salvat Medicina. - ROTES QUEROL J.:”Reumatología Clínica”. Ed. Espaxs. - RUSSELL A.L., ELVOVE E.: “Domestic water and dental caries”. Publ. Health Rep. 66:1389-

1401, 1951. - “El agua de bebida y la salud”. Encuentro monográfico sobre problemas del agua. - -“Flúor y prevención de caries”. Declaración de principios aprobada por la Asamblea General

de la Federación Dental Internacional (80º Congreso, octubre 1992, Berlín).

1.8.- FLUORINE. BENEFITS IN HUMAN HEALTH

By Roger Benito Olivares Degree in Chemical Sciences by the UAB. Master in Agrofood Chemistry by the IQS And, Joaquim Nogueras Bayona Degree in Odontology by the UB

INTRODUCTION Under normal pressure and temperature conditions, fluorine in its most elemental form is a gas included in group VII of the periodic table. It is the most electronegative element and it has both remarkable chemical and physiological properties which are of utmost importance for human health and well-being. Due to its chemical behavior, it is the most active elemental ion. Although present in almost all elements, its concentration in mineral waters, fish, tea and some flours is high. Controlled enrichment of drinking water with fluorides is very interesting from a health viewpoint and is recognized by the WHO as a method to prevent dental caries in the population. In bones, fluoride increases apatite crystals and reduces it solubility, playing a role of stabilizing bone tissue in some conditions, such as osteoporosis. MAIN FLUORIDE SOURCES The main source of fluoride supply is drinking water together with other drinks such as tea and some mineral waters. Drinking water is treated by several procedures to improve its potability, without reaching the maximum limits established by the law as regards substance levels. These processes include fluorination, a measure which is 50 years old and is fully supported by the WHO and IDF (International Dental Federation) due its preventive, beneficial action for health. Its concentration in public supply waters in mild climates must be adjusted to 1 ppm while in warmer areas, due to a higher intake, the optimum concentration can be lower. For instance, in Barcelona, with a mean temperature of 19ºC, a concentration of 0.9 ppm is required. Unlike drinking water, natural mineral waters are a natural product, from a hydrogeological process determining its composition. Its therapeutic role is conditioned by the chemical and physiological properties of its ingredients, which have no maximum limit provided they are not harmful for health. Inside of this group enhance the water coming from Vichy Catalan and Malavella springs, with an approximate concentration of 1 ppm.

In the 50s, procedures to supply fluorine other than water were studied in order to extend its benefits to areas where fluorinated water supply is insufficient. The foods selected for this purpose are salt, milk, bread, sugar, flour and some fats, and the former two are those most accepted. FLUORINE METABOLISM In living beings, it is found as an ion as fluoride. It is usually present in human body at a total amount ranging from 2.5 grams, while blood levels range from 0.10 to 0.45 ppm. The fluorine taken in diet is promptly absorbed though the gastrointestinal system, enters blood and is distributed by simple diffusion to organs and tissues. The parameter regulating absorption through the stomach is pH. The acidic environment of the stomach transforms ionic fluorine into fluorhydric acid, which crosses physiological barriers. Furthermore, absorption is also conditioned by the composition of the substances taken. Compounds such as sodium fluorine are absorbed almost completely, while those of lower solubility, such as magnesium, aluminum or calcium fluorine will show a lower absorption. Blood levels decrease due to distribution and excretion. Tissues with a higher distribution are bone and dental, and to a lower extent, soft tissues. Studies show that the age is the limiting factor in fluorine uptake ability, both in bone and dental tissue. The main paths where excretion occurs are urine, feces and respiration, and the former one is the most significant. In a detailed study, McClure and Kinser demonstrated the direct relationship between urine and water fluorine contents, so that a higher concentration in the dose taken causes a renal reaction which increases urine concentration. The factors affecting excretion include total amount taken, age and pH. BENEFITS OF FLUORIDES The therapeutic indications of fluorine are centered in the prevention of dental caries, and, to a lower extent, in the treatment of some bone conditions such as osteoporosis. ACTION ON DENTAL STRUCTURE It is commonly believed that the benefits of fluorine from intake are limited to children during teething. However, as early as 1951, Russell and Elvove demonstrated that adults living in areas with fluorinated water benefited from this prevention throughout their lives. Fluorine acts topically on teeth, by the use of toothpastes, gels and varnishes, and systemically through drinking water and food.

The most important ingredients of dental enamel are calcium and phosphates which are arranged in crystals with a structure very similar to hydroxyapatite. The surface of these crystals is extense and chemically reactive, and multiple substitutions and absorptions occur in it. One of the most significant substitutions is that of hydroxyl groups by fluorine, causing the formation of fluoroapatite and fluorhydroxyapatite, much more stable, less soluble in acid and with a lower crystalline structure than hydroxyapatite. Caries occur by the effect of the organic acids resulting from the breakdown of carbohydrates by bacteria in the dental plaque. These acids easily reduce the pH below 5.5, the critical level below which hydroxyapatite is diluted. However, fluoapatitas is not solved until pH of 4.5, which cariogenic bacteria reach more difficultly. Furthermore, fluorine reduces bacterial metabolism by its antiglucolytic activity and has remineralizing effects to stop incipient enamel caries. THERAPEUTIC ACTION ON OSTEOPOROSIS Fluorine can be a valid alternative in the treatment of some forms of established osteoporosis. Osteoporosis is a disease characterized by a reduced density in the bone matrix which is normally mineralized (osteoid). A structural bone weakening occurs due to an enlargement of marrow and osteonal space and a reduced cortical thickness. It is mainly related to age and sex factors (post-menopausal). Other causes can be endocrine abnormalities, nutritional deficiencies, drug consumption, prolonged immobilization periods, chronic diseases, bone neoplasms and idiopathic etiology. Among other substances, sodium fluorine can be beneficial in the treatment of osteoporosis, since it stabilizes the mineral crystal and stimulates osteoblasts to form a new bone matrix. Although bone synthesized again and radiologically thick is not structurally or materially normal, several studies show a lower incidence of fractures from compression of vertebral bodies in patients taking fluorides. Fluorine supply must be combined with an adequate calcium and vitamin D intake; otherwise, it might cause acute osteomalacia, defective calcification of the bone matrix associated with osteoid tissue due to insufficient action of vitamin D. TOXICITY It must be noted that the risk of intoxication from fluorinated water is very low. It has not been shown that its consumption causes any type of change in the body. Although there are several contradicting opinions, fluorinated water is

recognized as an effective, safe procedure to prevent dental caries by the WHO. The IDF, considering a number of careful studies, rules out any possibility for fluorides used in the prevention of dental caries, topically or systemically, to cause diseases such as those related sometimes with cancer, osteosarcoma, Down syndrome and interferences with enzyme functions. Quoting Paracelsius: “All substances are poisons, there is no one which is not. The doses distinguishes a poison from a remedy.” A daily intake of 0.05 to 0.07 mg/kg in adults and of 0.01 to 0.013 in children is considered to be an optimal daily intake, while the dose to be taken to cause an intoxication is 10 mg/kg. Considering these values and taking as a reference a fluorinated mineral water with a concentration in the order of 1 ppm of fluorine, an average man should daily consume over 700 liters to suffer metabolic disorders, showing the nil risk of toxicity involved by the intake of mineral waters with this fluorine concentration. REFERENCES - American Water Works Association: “Water Quality and Treatment”. Ed. McGraw-IGH. - BENITO OLIVARES R., CARRERAS ROCA M.: “Hidrología Médica”. Anales de Odontoestomatología,

4: 136-7, 1994. - CATALAN LAFUENTE J: “Química del agua”. Ed. Blume. - CUENCA E., MANAU C., SERRA LL.: “Manual de odontología preventiva y comunitaria”. Ed. Masson. - KRAUSE-HUNSCHER: “Nutrición y dietética en clínica”. Ed. Interamericana. - KUNZEL W.: “Systemic Use of Fluoride-Other Methods: Salt, Sugar, Milk, etc.” Caries Research, 27:

16-22, 1993 - NETTER F.H.: “Sistema Musculoesquelético”. Volume 8.1. Ed. Masson-Salvat Medicina. - ROTES QUEROL J.:”Reumatología Clínica”. Ed. Espaxs. - RUSSELL A.L., ELVOVE E.: “Domestic water and dental caries”. Publ. Health Rep. 66:1389-1401,

1951. - “Drinking water and health”. Monograph meeting on water problems. - “Fluoride and caries prevention”. Declaration of Principles approved by the General Assembly of the

International Dental Federation (80th Congress, October 1992, Berlin).