Фтор

Фтор (лат. – Fluorum, F) – этот микроэлемент укрепляет зубы, и защищает их от кариеса. Помимо этого фтор повышает прочность костей, укрепляет иммунитет, и стимулирует кроветворение.

История открытия

Первое соединение фтора было описано еще до открытия самого элемента. Это соединение – минерал флюорит, он же – плавиковый шпат, фторид кальция, CaF₂. Свойства флюорита были описаны еще в XVI в. немецким ученым Агриколой. В те времена плавиковый шпат использовали в металлургии.

Минерал повышал текучесть и снижал температуру металлических шлаков. В результате шлаки в расплавах легче отделялись от металлов при их выплавке.

Название флюорита произошло от лат. fluo – теку.

Примечательное свойство флюорита: в процессе нагревания после облучения ультрафиолетовым светом он испускает свечение. Отсюда и пошел термин «флюоресценция».

В 1771 г. шведский химик Шееле подверг флюорит реакции с серной кислотой. При этом была получена плавиковая кислота – водный раствор фтороводорода, HF.

Некоторые ошибочно посчитали его окисью неизвестного вещества флуория или флуора. Позднее, в 1810 г. английский химик Дэви путем электролиза соляной кислоты, НCl, выделил хлор. И тогда же он логично предположил, что плавиковая кислота – это соединение водорода и флуория.

А если так, то это вещество тоже можно выделить примерно так же, как и хлор. Знаменитый французский ученый  Ампер, ознакомившись со свойствами плавиковой кислоты,  предложил заменить название «флуор» на «фтор» (от др. греч. phtoros – гибель, разрушение). Однако получить его долгое время не удавалось.

Причина – высокая химическая активность этого вещества. Лишь в 1886 г. французскому химику Муассану путем электролиза фтороводорода удалось выделить чистый F. Из-за трудности получения и хранения его долгое время не находил практического применения. Во второй половине XX в. его начли использовать в промышленных целях, а также для выделения изотопов урана при производстве ядерного оружия.

Физические и химические свойства

В системе элементов Менделеева F расположен под №9 во 2 периоде, в 17 группе. Его атомная масса равна 19. Это газ бледно-желтого цвета с резким запахом, напоминающим запах озона или хлора.

Образован он двумя молекулами фтора, F₂. При температуре – 188, 16⁰С фтор конденсируется в желтую жидкость, и замерзает при температуре – 219,61⁰С.

Представителей 17 группы называют галогенами. Помимо фтора к галогенам относятся бром, хлор, иод, и астат. У него, как и у остальных галогенов, на внешней орбите вращается 7 электронов, и до полного завершения орбиты не хватает 1 электрона. Этот электрон он присоединяет к себе при реакциях с другими веществами, являясь при этом окислителями.

Размер атома у фтора меньше, чем у других галогенов. Поэтому и электрон он присоединяет быстрее. Таким образом, окислительная способность его выше, чем у других галогенов.

Более того, это самый активный не только среди галогенов, но вообще среди всех неметаллов. Газообразный фтор реагирует практически со всеми химическими элементами. Исключение составляют лишь инертные газы: гелий, неон, аргон.

С некоторыми металлами он реагирует даже при низких температурах. По мере нагревания его активность повышается. Реакции с кислородом и некоторыми другими веществами протекают столь бурно, что сопровождаются горением и взрывом.

Даже вода горит в газообразном фторе. Из-за высокой химической активности в чистом виде он в природе никогда не встречается.

Зато его довольно много в виде соединений. Самое распространенное из них – вышеописанный плавиковый шпат, фторид кальция. Помимо плавикового шпата фтор включен в ряд фосфатных минералов. Некоторые из фторсодержащих соединений пребывают в растворенном состоянии.

Содержание этих соединений в воде разных мест планеты неодинаково. Но в целом это распространенный элемент. Его содержание в земной коре составляет 6,6 х 10^-2%. По этому показателю среди всех элементов таблицы Менделеева он занимает 13 место.

Физиологическое действие

В организме взрослого человека содержится около 2,6 г F. Практически весь он включен в состав костей и зубов. В этом и заключается главная ценность данного микроэлемента – он укрепляет наши кости и зубы. Но как же кальций?

Ведь общеизвестно, что именно кальций – вот тот строительный цемент, что придает прочность костной ткани. Да, это так. Но тогда причем здесь фтор?

А фтор как раз и облегчает отложение кальция в костной ткани. Вместе с кальцием откладывается еще один важный для костей и зубов элемент, фосфор. Эти два макроэлемента, кальций и фосфор, находятся в костях и в зубах в виде фосфата кальция, точнее, его разновидности, апатита.

Структурная основа молекул апатитов имеет вид Са₁₀(РО₄)₆. К ней могут присоединяться ионы хлора, фтора, и гидроксид-ионы (ОН).

В этой связи различают фторапатиты, хлорапатиты, и гидроксиапатиты. Самый прочный из них – фторапатит. Фтор делает кристаллическую структуру апатитов более упорядоченной, и препятствует их разрушению под действием кислой среды. Он может изначально присоединяться к молекуле апатита, или как наиболее активный химический элемент вытеснять из нее гидроксид-ионы.

В итоге фторапатиты усиливают минерализацию костей и зубов, и тем самым придают им прочность. F предупреждает деминерализацию костей, связанную с изменениями рН (кислотности), инфекцией, обменными нарушениями, и другими повреждающими факторами. Тем самым он предотвращает развитие таких часто встречающихся негативных явлений, как кариес зубов и остеопороз костей.

Зубной кариес – сложный патологический процесс. Немаловажную роль в его развитии играет кислотообразующая микрофлора полости рта. Под ее действием глюкоза расщепляется до органических кислот.

В итоге величина РН в полости рта снижается, а кислотность, соответственно, повышается. При этом на зубной эмали образуются пятна, а непосредственно под пятнами формируются очаги разрушения.

Он стимулирует процессы реминерализации, восстановления в поврежденной эмали и в глубжележащих тканях зуба, дентине, и тем самым устраняет имеющиеся дефекты.

В костной ткани он контролирует правильное отложение фосфата кальция. Благодаря ему  снижается риск переломов, а полученные переломы быстрее срастаются.

В детском и юношеском возрасте при участии фтора правильно формируется костный скелет.

Следует заметить, что кости и зубная эмаль не являются лидерами по содержанию фтора. Больше его в зубном цементе. Затем идет костная ткань, зубной дентин, и уж потом – зубная эмаль. Помимо костей и зубов F  позитивно влияет на состояние ногтей и волос, стимулирует их рост, повышает прочность.

Кроме того, он входит в состав некоторых тканевых ферментов. С этими ферментами он способствует синтезу лейкоцитов, и повышает иммунитет. Установлено, что микроэлемент угнетает рост кислотообразующей бактериальной микрофлоры полости рта. Благодаря этому он оказывает дополнительное действие при зубном кариесе.

Не только образование лейкоцитов, но и эритроцитов, гемоглобина, стимулирует фтор. Это связано с тем, что он участвует в обмене железа. Благодаря этому он позитивно влияет на состояние кроветворения, сердечно-сосудистой системы. При его участии происходит связывание и выведение солей тяжелых металлов, радионуклидов, и других токсических соединений.

Суточная потребность

Потребность в F зависит от возраста и от некоторых других факторов.

Категория	Суточная норма, мг
Дети до 2 лет	0,5-0,7
Дети 3-5 лет	0,9
Дети 6-8 лет	1,1
Дети 9-13 лет	1,3
Подростки, юноши и девушки	1,5
Взрослые, мужчины и женщины	1,7-4
Беременные и кормящие	4

 

Во время заболеваний, интенсивных физических нагрузок, суточная потребность в F  может возрастать до 5 мг.

Причины и признаки дефицита

Основная причина дефицита фтора связана с низким содержанием этого элемента в питьевой воде в некоторых регионах. Из-за этого недополучают его растения и животные, которые служат источниками пищи для людей, проживающих в этих регионах.

Показатели содержания фтора в воде:

Содержание в питьевой воде, мг/л	Значение
До 0,3	Очень низкое
0,3-0,7	Низкое
07-1,2	Оптимальное, нормальное
1,2-1,5	Допустимое, но повышенное
1,5-2	Выше допустимого
2-6	Высокое
6-15	Очень высокое

 

В некоторых источниках показатели содержания фтора вводе отображаются в ммоль/л. При этом распределение его на территории РФ выглядит следующим образом.

Иногда человек сам искусственно снижает его количество в питьевой воде. Используемые для очистки фильтры удаляют из воды не только токсичные примеси, но и фтор. Наряду с низким содержанием в воде и в почвах дефицит F может быть обусловлен несбалансированным питанием, низким потреблением рыбы, морепродуктов, и другой пищи, богатой им.

Еще одна причина – систематическое употребление некоторых лекарств. Дело в том, что алюминий и магний ухудшают его усваивание. То же самое касается лекарственных средств, содержащих эти элементы. Это Панангин, Аспаркам, Кардиомагнил, используемые в кардиологической практике, и не только.

Антациды, средства для снижения кислотности желудочного сока (Алмагель, Маалокс), содержат в виде гидроксидов и алюминий, и магний. При хронических заболеваниях ЖКТ (желудочно-кишечного тракта) ухудшается усваивание многих нутриентов, в т.ч. и фтора.

Дефицит его проявляется зубным кариесом и патологической ломкостью костей на фоне остеопороза. При выраженном дефиците выпадают зубы. Особенно подвержены остеопорозу пожилые и старики. Его дефицит в преклонные годы увеличивает риск перелома шейки бедра и других костных переломов.

В детском и юношеском возрасте недостаток фтора – одна из причин искривлений позвоночника: сколиоза, усиленного кифоза.  Кроме того, пациенты с его недостатком часто страдают анемиями. У них снижен иммунитет, и из-за этого повышается восприимчивость к инфекциям.  Ухудшается внешний вид. Волосы становятся ломкими, и выпадают. Ногтевые пластинки расслаиваются.

Источники поступления

С водой мы получаем 2/3 необходимого нам фтора, а остальное 1/3 – с пищей. Лидер по содержанию F – зеленый чай. Много его в рыбе, в морепродуктах, в мясе и в орехах.

Содержание F в 100 г продуктов:

Продукт	Содержание, мг/100 г
Чай зеленый	10
Тунец	1,5
Скумбрия	2
Треска	0,7
Лосось	0,5
Камбала	0,43
Устрицы	0,4
Грецкие орехи	0,65
Баранина	0,2
Курятина	0,15
Молоко	0,1
Редис	0,85
Гречка	0,1
Картофель	0,1

 

Следует заметить, что при варке продуктов определенное количество F переходит в воду. Чтобы уменьшить потери микроэлемента, пищу следует варить в небольшом объеме воды, и желательно не превышать необходимое время.

При этом крайне нежелательно пользоваться алюминиевой посудой. Рыбу лучше не варить, а запекать. Рыба с костями предпочтительнее в плане содержания фтора, чем рыбное филе. Рыбные консервы тоже богаты им.

Метаболизм

Фтор с водой и пищей поступает в виде неорганических соединений. Некоторое количество микроэлемента может поступать через дыхательные пути, всасываться через кожу. Поступивший в ЖКТ фтор путем простой или облегченной диффузии всасывается в желудке и в начальных отделах тонкого кишечника.

Усваиваемость фтора максимальная, приближается к 100%.  Всосавшийся он разносится кровью по органам и тканям. До 99% F сосредоточено в костях и зубах, а остальных тканях – всего 1%. Практически весь  F выводится из организма с мочой. Лишь незначительное количество может покидать организм с потом и калом.

Взаимодействие с другими веществами

Обмен фтора тесно связано с обменом кальция и фосфора – благодаря ему эти макроэлементы откладываются в костях и в зубах. Однако в больших дозах он негативно влияет на обмен кальция. Вит. А и Е улучшают его усваивание.

Алюминий и магний наоборот, ухудшают этот процесс. То же самое касается препаратов, содержащих соединения алюминия и магния. Фтор улучшает усваивание железа. Усваивание других галогенов, брома, иода, хлора, он ухудшает.

Признаки избытка

Многие соединения фтора токсичны, и его избыток приводит к куда более тяжелым последствиям, чем недостаток. Суть в том, что F, будучи высокоактивным веществом, вмешивается в некоторые биохимические процессы.

Содержащиеся в большом количестве ионы F снижают активность липаз, фосфатаз, и многих других ферментов. В итоге нарушаются процессы окислительного фосфорилирования с образованием АТФ, страдает тканевое дыхание. Замедляется расщепление жирных кислот. Содержание глюкозы в плазме крови повышается, а запасы гликогена наоборот, истощаются.

Если в оптимальном содержании он благотворно действует на обмен кальция, то в большом количестве угнетает его. Перенасыщение фтором связывает кальций. Поэтому при его избытке, как и при его недостатке, страдают кости и зубы.

Основной причиной избытка фтора, как и его недостатка, является вода. Север России, Сибирь, и некоторые другие регионы эндемичны по избытку. Особенно опасны в плане отравления фтором воды артезианских источников, в составе которых из глубин на земную поверхность поднимаются растворенные его соединения.

Так, в некоторых водоемах Бурятии зафиксировано содержание F 25 мг/л, а на Курилах и того больше – 52 мг/л. Зачастую человек сам, искусственно, повышает содержание F в воде и почвах. Фтор входит в состав суперфосфатов, минеральных удобрений, вносимых в почву.

Помимо удобрений в сельском хозяйстве активно применяют фторсодержащие гербициды и пестициды. Среди них:

• Димилин,
• Трифлан,
• Фюзилад,
• Галакси Тол, и другие.

Хотя производители этих средств и уверяют в их низкой токсичности, при постоянном применении они увеличивают содержание фтора в воде, и провоцируют хронические интоксикации.

Помимо сельского хозяйства он активно используется в выплавке алюминия и стали, производстве пластмасс, стекла, керамики, цемента. Отравление фтором может возникать как у работников этих предприятий, так и у жителей близлежащих участков, загрязненных промышленными выбросами.

Иногда отравление происходит при бесконтрольном приеме внутрь фторсодержащих препаратов. Хотя эта причина сравнительно редкая. Некоторые утверждают, что использование зубных паст, содержащих F, тоже может спровоцировать интоксикацию. Это не совсем так. Отравление может наступить, если только каждый день заглатывать большое количество пасты, чуть ли не весь тюбик.

Отравления фтором могут протекать остро или хронически. Причем хронические интоксикации, именуемые флюорозом, наблюдаются намного чаще, чем острые.

Проявления флюороза со стороны костей и зубов в некоторых чертах сходны с таковыми при его недостатке. Характерный симптом флюороза: пятнистая эмаль.

Пятна на эмали, первоначально беловатые, впоследствии приобретают желтый и коричневый цвет. При тяжелых формах флюороза имеются обширные очаги разрушения эмали.

Негативные изменения возникают не только в эмали, но и в дентине, цементе. В итоге зубы становятся ломкими, стираются или выпадают.

В костях нарушаются процессы оссификации (окостенения). Это приводит к остеопорозу и к размягчению костей, остеомаляции. Содержащийся в малом количестве кальций откладывается в нетипичных ему местах, в т.ч. в связках, суставных хрящах.

Так появляются костные наросты в виде остеофитов и шпор, развивается остеохондроз позвоночника, деформирующий остеоартроз суставов. У детей избыток фтора, как и его недостаток, проявляется замедлением роста зубов, аномальным формированием костного скелета.

Патология зубов сочетается с кровоизлияниями в десна, в слизистую оболочку полости рта. Нередки носовые кровотечения. Фтор раздражает слизистые оболочки респираторной системы, ЖКТ.

Это проявляется осиплостью голоса, сухим кашлем. Расстройства пищеварения сопровождаются тошнотой, потерей аппетита, болями в животе, неустойчивым стулом.

Негативные изменения формируются в сердечно-сосудистой системе: снижается артериальное давление (АД), из-за токсического поражения миокарда отмечается брадикардия (уменьшение частоты сердечных сокращений). Поражается щитовидная железа, из которой фтор вытесняет йод, необходимый для синтеза щитовидных гормонов.

Негативные изменения претерпевают почки, печень. Кожа теряет эластичность, становится морщинистой. Нередко отмечается гиперкератоз (избыточное ороговение), кожный зуд. Отравление им во время беременности может спровоцировать различной тяжести осложнения, в т.ч. выкидыши, замирание, уродства у плода.

Признаки острого отравления наступают при поступлении 20мг фтора. При этом отмечается угнетение сознания, одышка, судороги, тошнота, рвота, диарея, резкое падение АД до нуля.

Доза 2 мг является летальной. Смерть наступает от отека мозга, остановки сердца при коматозном состоянии. Интенсивная терапия при отравлениях фтором включает в себя ингаляции кислородом, промывание желудка, введение плазмозамещающих растворов, препаратов кальция.