Mechanizmy działania fluoru

Opracowanie nowych formuł past do zębów przebiegało równolegle z coraz lepszym rozumieniem procesów próchnicowych i działania fluoru. Początkowe wyobrażenie o ciągłym rozpuszczaniu się powierzchni zębów zastąpiono teorią o podpowierzchniowej demineralizacji oraz zachowaniu względnie nienaruszonej warstwy tkanek na powierzchni (prawdopodobnie wskutek remineralizacji) (21). Demineralizacja ma miejsce, jeżeli dochodzi do utraty równowagi między procesami nagromadzania i utraty składników mineralnych. Fluor może wpływać na te procesy na kilka sposobów. Obecnie uznaje się, że fluor wykazuje działanie zarówno podawany endo- jak i egzogennie czyli poprzez działanie ogólnei miejscowe (22). W wyniku oddziaływania fluoru ze składnikami mineralnymi zębów powstaje fluorohydroksyapatyt (FHA) przez wymianę jonu OH- na F-. Prowadzi to do zwiększenia siły wiązania wodoru, zmniejszenia sieci krystalicznej i całościowego zmniejszenia rozpuszczalności. Wbudowywanie fluoru w sieć hydroksyapatytu (HA) może odbywać się w trakcie rozwoju zębów lub po ich wyrznięciu przez wymianę jonową. Spadek rozpuszczalności rośnie wraz z ilością wbudowanego fluoru, ale stężenia fluoru w zewnętrznych warstwach szkliwa rzadko przekracza kilka tysięcy ppm-ów (23). Dlatego po wymianie jonów na fluorkowe należałoby oczekiwać jedynie ograniczonego działania ochronnego w porównaniu z fluoroapatytem (FAP), który zawiera 40.000 ppm fluoru. Kolejną metodą włączania fluoru w strukturę szkliwa jest miejscowa aplikacja i wymiana jonowa. Wymiana jonowa na powierzchni może również zmienić rozpuszczalność całego kryształu.
Wyjątkiem pod względem ograniczonej ochrony mogłaby być powierzchnia kryształów , gdzie cienka warstwa czystego FAP mogłaby sprawić, że cały kryształ byłby mniej rozpuszczalny, niż by to wynikało ze stopnia wymiany jonowej. Dlatego ograniczony stopień włączania fluoru do struktury sieci krystalicznej lub powierzchni może mieć istotny wpływ na rozpuszczalność. "Efekt redukcji rozpuszczalności" po podaniu ogólnym uważano za jedyny mechanizm działania do czasu odkrycia silnego wpływu miejscowego na mineralizację oraz działania przeciwbakteryjnego.Fluor obecny w roztworach również może wpływać na szybkość rozpuszczania tkanek bez zmieniania rozpuszczalności.
Kwasowe roztwory o stężeniu fluoru wynoszącym zaledwie 0,5 mg/l zmniejszają szybkość rozpuszczania apatytów (25). Na ten efekt składa się również absorpcja i/lub wymiana jonowa na powierzchni kryształów. Dlatego powierzchnia może zachowywać się w większym stopniu jak FAP, niż HAP, i mieć inną szybkość rozpuszczania. Kiedy szkliwo rozpuszcza się, może również uwalniać fluor do otaczającego je roztworu. Nie ma to znaczenia w odniesieniu do wody wodociągowej, ale roztwory, w których zęby są zazwyczaj zanurzone, są zawsze częściowo nasycone w stosunku do apatytów. Wykazano, że stężenie fluoru na poziomie zaledwie 230 ug/g w sposób istotny ogranicza szybkość rozpuszczania szkliwa (26). Dlatego w przeciwdziałaniu procesowi próchnicowemu ważne jest stężenie fluoru zarówno na powierzchni kryształów, jak i w fazie płynnej (27). Oprócz działania chroniącego przed demineralizacją, kolejnym sposobem oddziaływania fluoru ze szkliwem ograniczającym jego rozpuszczanie jest remineralizacja. W procesie tym częściowo rozpuszczone kryształy w szkliwie pełnią rolę substratu do odkładania związków mineralnych z fazy płynnej, co umożliwia częściową naprawę uszkodzonych kryształów. Dlatego remineralizacja w pewnym stopniu przeciwdziała demineralizacji i między tymi dwoma procesami może zostać osiągnięta równowaga. Zmiana próchnicowa powstaje wskutek przewagi demineralizacji nad remineralizacją.
Jedną z korzyści wzajemnego oddziaływania procesów demineralizacji i remineralizacji jest powstanie mniej rozpuszczalnego minerału w szkliwie (28). Dzieje się tak dzięki rozpaszczeniu bardziej rozpuszczalnych apatytów zawierających mniej wapnia, magnezu oraz węglanów, które pierwotnie tworzą szkliwo. Remineralizacja prowadzi do powstania mniej rozpuszczalnych apatytów.W obecności fluoru powstaje FAP lub przynajmniej fluorohydroksyapatyt (FHAP), które są związkami mineralnymi o większej odporności na działanie kwasów.
Na remineralizację wpływa przesycenie płynu obecnego na powierzchni zębów - płynu płytki nazębnej i śliny. Stopień przesycenia częściowo określa szybkość precypitacji minerałów z roztworu (29). Zbyt duże przesycenie prowadzi do wytrącania się fosforanu wapnia, który blokuje pory na powierzchni szkliwa. Ten osad ogranicza dyfuzję wapnia, fosforanów i fluoru do wnętrza zmiany, co skutkuje zatrzymaniem procesu próchnicowego w obrębie zmiany, ale również jego naprawy (30). Wewnętrzna część zmiany jest częściowo nasycona HAP i może zostać przesycona FAP, jeżeli niewielkie ilości fluoru są obecne w zmianie lub do niej dyfundują. Stosowanie preparatów zawierających niskie stężenia fluoru, takich jak pasty do zębów do codziennego użytku, pomaga utrzymać takie korzystne stężenie. Dlatego remineralizacja może prowadzić do naprawy istniejącej zmiany mniej rozpuszczalnymi związkami mineralnymi i uczynić tę część zęba mniej podatną na demineralizację w przyszłości. Jest to prawdopodobnie jeden z najważniejszych mechanizmów działania fluoru.
Przy względnie niskim stężeniu, fluor wykazuje również działanie w stosunku do bakterii jamy ustnej, zmniejszając produkcję kwasów przez płytkę nazębną. Proponowano kilka potencjalnych mechanizmów tłumaczących taki efekt. Jednym z nich jest dobrze poznany wpływ fluoru na enzym enolazę, co może bezpośrednio ograniczać produkcję kwasów. Istnieje również pośredni efekt przez układ fosfotransferazy (PTS), za pośrednictwem którego ilość cukru przenikającego do komórek jest mniejsza przez ograniczenie wytwarzania fosfoenolopirogronianu (PEP) (31)1 Kolejną możliwością jest dyfuzja fluoru do wnętrza komórek w postaci kwasu fluorowodorowego (HF), które następnie dysocjuje i obniża wewnątrzomórkowo pH. Fluor może również ograniczać zdolność komórek do usuwania nadmiarów jonów H+, a mniejsza produkcja kwasów może wynikać z zakwaszenia cytoplazmy. Sumarycznym efektem jest mniejsza ilość kwasów i mniej kwasowe środowisko, co wpływa na zatrzymanie rozpuszczania szkliwa (32). Jeżeli takie mało kwasowe warunki utrzymują się, ekologia płytki nazębnej może w dłuższym okresie ulec zmianie. Trudno jest przewidzieć odległe skutki, ponieważ może dojść do wytworzenia tolerancji na fluor. Niektóre postacie fluoru mogą wywierać silniejsze działanie przeciwbakteryjne.