Джерела фтору та вплив фтору на людський організм
Курсова робота
Виконала студентка ФПН-2 Ліщук Олена
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "Києво-Могилянська Академія"
Київ 1999
ПОШИРЕННЯ фтору в природі
На земній поверхні фтор є дуже поширеним
елементом. За розповсюдженістю його варто поставити на 13 місце серед інших
елементів. Земна кора містить в середньому коло 0.078% фтору; його загальний
вміст у літосфері, океанах та атмосфері сягає близько 0.03%. У вільному стані
фтору у природі майже немає. У надзвичайно невеликих кількостях фтор у вільному
стані було виявлено лише в певних різновидах плавикового шпату. Завдяки своїй
великій реакційній здатності фтор існує у природі майже виключно у формі сполук
з іншими елементами.
Кругообіг фтору у природі
накопичені наукою дані дозволяють скласти
уявлення про рух та кругообіг фтору у біосфері. Фтор концентрується головним
чином на останніх етапах магматічного процесу, внаслідок чого вулканічні
утворення збагачені фтором, який входить до складу мінералів, розчинів та
газових струменів.
Типовою сполук фтору у виверження породах є
фторапатіт, що утворюється при кристалізації магматічного розплаву. Фторапатіті
є головним джерелом фтору у біосфері. Крім того, деяка кількість фтору
надходить до біосфери з термальними водами, вулканічними газами та, можливо, з
космічним пилом.
В термальних мінеральних водах, як правило,
міститься багато фтору. Наприклад, Єкатерінінське джерело у Боржомі
(температура його води 28 градусів) містить 3.5 мг/л, Смірновське джерело --
1.9 мг/л, джерело у Виши (20 градусів) - 5.4 мг/л, Карлсбадське джерело (71
градус) - 2.2 мг/л (Н. В. Тагеєва).
Вулканічні гази дуже багаті на фтористий
водень. Останній було знайдено у газах Везувію, вулканів Гавайських островів,
де він складав 2.5% об'єму всього газу. Готьє (Gautier) виявив 0.11 мг/л фтору у повітрі під час виверження Везувію. Цікаво, що
саме в районах сучасного вулканізму (Везувій) було вперше виявлено флюороз
зубів у дітей. Зі старих описів захворювань тварин Ісландії та вивчення їхніх
кісток можна зробити висновок, що причиною цих хвороб був фтор, що виділився
після виверження вулкану Геклог.
вивітрювання виверження гірських порід
призводить до руйнування раніш стійких мінералів, що містять фтор, та до
утворення нових; при цьому найбільші зміни пов'язані з активною діяльністю
організмів.
Фтор виверження порід у процесі вивітрювання
розчиняється у воді, з якою виноситься у моря та океани. Тут він у величезних
кількостях відкладається разом з фосфором та кальцієм у скелети морських
тварин та з відмерлімі масами їх занурюється на дно, де утворюються стійкі
апатітові комплекси фосфоритів. Можливий і інший шлях утворення цих сполук
через процеси осадження фізико-хімічного характеру. У глибоких частинах морських
басейнів завдяки високій концентрації вуглекислоти у воді міститься багато
фосфорного ангідріда. При переміщенні водних мас до берегів континентів
зменшується Парціальний тиск вуглекислоти і фторфосфаті випадають з пересичених
розчинів (Казанов А. Б., 1937).
В результаті геологічних процесів, наприклад
підняття дна, цілі ділянки моря знову стають сушею, далі запаси фтористих
сполук знову розчиняються і виносяться підземними водами у моря і океани.
Таким є великий цикл кругообігу фтору у
природі, що здійснювався протягом геологічних епох і не раз повторювався за годину
існування Землі.
Проте, окрім великого циклу кругообігу фтору,
існують і малі, що не потребують століть. На величезних просторах поверхні суші
та океану фтор під впливом численних факторів надходить до атмосфери.
повітряними масами, що рухаються, фтор
переноситися на великі відстані і опадами знову випадає на поверхню землі.
Рослини, вбираючи з грунтовими водами фтор, разом з іншими солями асімілюють
його. Тварини отримують фтор як з води, так і з їжею; частково вони виділяють
його, а частково відкладають, головним чином у скелеті.
Після смерті тварин та рослин фтор знову
потрапляє у грунт та з підземними водами переміщується вглиб землі. Тут він
частково відкладається в результаті обмінних реакцій. Фтор захоплюють головним
чином фосфати, в яких він заміщує гідроксільну групу, утворюючи фторапатіті.
Багато фтору з підземними водами виноситься в річки, моря та океани.
Виробнича діяльність людини все більше
впливає на кругообіг фтору. Люди використовують в якості сировини фтор, що
міститься в корінних осадових породах; тим самим вони ніби допомагають
природним силам вивітрювання, залучаючи у кругообіг колосальні запаси фтору.
При використанні добрив (фосфати, суперфосфату) на земній поверхні протягом
року розсіюються сотні тисяч тон фтору у легкорозчинних вигляді.
Значні кількості фтору з різноманітних
виробництв потрапляють в атмосферу з димом та пилом чи у водоймища зі стічними
водами. Так при переробці апатітів у суперфосфатні добрива до 50% фтору, що
міститься в них, виділяється з газами; таким чином у відкриту атмосферу за рік
викидають десятки тисяч тон фтору.
газоподібний фтористий водень часто міститься
у повітрі промислових підприємств та оточуючій їх атмосфері при виробництві
фтористих солей, інсектофунгіцідів, фторорганічніх сполук та фосфору, при
отриманні авіаційного палива, при виробництві суперфосфатів та фторберілія, при
електролізі розплавленого кріоліту з метою отримати алюміній, тощо.
Забруднення повітря фтором може бути також пов'язане
з використанням у різноманітних галузях народного господарства фтористих солей
натрію, амонію, кальцію, барію, свинцю та міді. У боротьбі з шкідниками
сільського господарства застосовують фторісті солі - кременефторіді (Na2SiF4, K2SiF4, CaSiF6, BaSiF6).
Певна кількість фтору потрапляє до атмосфери
також у результаті згоряння кам'яного вугілля. Так, наприклад, англійське
вугілля містить від 0 до 175 мг/кг фтору. В результаті цього у промисловому
районі Лінкольншір трава містить до 2200 мг/кг фтору. Деякі аналітики виявляли
у кілограмі вугілля від 85 до 295 мг фтору. Це цілком зрозуміло, оскільки у
здерев'янілій частині рослин (тирса) виявляли 2 - 3.6 мг фтору на один кілограм
сухої ваги, в подальшому ймовірно відбувалося збагачення кам'яновугільної
породи фтором.
Таким чином, вимальовується усе розмаїття
впливу фтору на організм, що залежить від розсіювання його у біосфері та від
особливостей міграції фтору в процесі його кругообігу.
Фтор
у породах земної кори та грунтах
Число сполук, що містять фтор, у земній корі
дуже велике. Фтор міститься у плавикового шпаті (CaF2), у алюмосілікатах та сілікатах, кріоліті (Na3 [AlF6]), апатити, фосфорити тощо.
Фторфосфаті
кальцію, апатити містять до 3.8% фтору. Вони перебувають у виверження породах у
розсіяному стані (до 0.6%). Проте є й родовища апатити у концентрованому виді,
наприклад у Хібінах на Кольському півострові (Лабунцев А. Н.). Хібінські
фторапатіті містять близько 3.14% фтору.
фосфорити
відносяться до досить розповсюджених мінеральних утворень. Хоча вони також є
фторфосфатамі, іноді вони містять більше фтору, ніж апатити. Якщо в апатіті
співвідношення фтору до P2O5 теоретично дорівнює 0.0891, то є фосфорити, в яких воно досягає
0.115. Вважають, що в цьому випадку частина фтору відклалася у вигляді CaF2,
поза зв'язком з фосфатом кальцію.
Родовища
фосфоритів мають велике значення в зв'язку з можливістю збагачення підземних
вод фтором.
Що
ж до грунту, то є два основних джерела фтору в ньому: 1) з вивітрювання порід
та 2) внесення з атмосфери з метеорний водами та промисловими викидами.
Грунти
поруч з родовищами багатих на фтор мінералів, що виходять на поверхню, можуть
накопичувати фтор за рахунок малорозчінніх продуктів вивітрювання.
При
аналізі у грунтах виявляють плавиковий шпат, апатит, біотіт, турмалін та інші
мінерали, що містять фтор. Однак і розчинені сполуки фтору із опадів можуть
затримуватися у грунті, особливо у його гумусового шарі. Тут у тонкій фракції,
у колоїдах, вміст фтору підвищується за рахунок сорбції на поверхні часток.
Вважають, що в цьому випадку частина фтору перебуває у стані, що припускає
явище обмінної сорбції, а частина - у більш фіксованому стані.
Піщані
грунти містять значно меншу кількість фтору, ніж глинисті. Встановлено, що з
підвищенням лужності грунту зростає його здатність утримувати фтор. У глибших
шарах грунту вміст фтору зростає.
При
значному проміванні грунту фторісті сполуки, незважаючи на погану Розчинність,
можуть виноситися. А. П. Виноградов вважає, що процес вилучення фтору з грунтів
превалює над процесом привнесення його у грунт з атмосфери.
Вважають,
що вміст фтору у грунтах в більшості випадків перебуває в межах 10-2 - 10-1%.
Дослідивши проби грунту, де не застосовувалися суперфосфатні добрива, з 24
місць України, спеціалісти виявили в них від 3.6 * 10-3 до 3.2 * 10-2% фтору. У
інших країнах, які знаходяться в різних частинах земної кулі, вміст фтору теж
близький до вказаних цифр. Але якщо середній відсоток вмісту фтору у грунті в
різних країнах приблизно такий самий, то амплітуда коливань вмісту фтору в
грунтах окремих місцевостей досить велика. У зв'язку з цим відмічають і значні
коливання вмісту фтору у рослинах.
Як
вже зазначалося, підвищений вміст фтору у грунтах як правило виявляється у
місцевостях, що розташовані поблизу виходу на поверхню порід, багатих на фтор.
Так, наприклад, у грунті навколо рудника, де добували плавиковий шпат,
містилося 5 * 10-2% фтору, а коло родовища фосфоритів у Індії - до 3.2 * 10-1%.
В
цих місцевостях можна очікувати виникнення ендемічних осередків флюорозу серед
людей та тварин внаслідок збільшення вмісту фтору у продуктах рослинного
походження, забруднення останніх фторовміснім пилом та підвищення концентрації
фтору у поверхневих та грунтових водах.
У
глинистих грунтах також знаходили велику кількість фтору. Так Рохольм (Rocholm) вказує
на те, що у глині, яку використовують на одному цегляному заводі, містилося
1.6 * 10-1% фтору; навколо цього заводу спостерігали загибель рослинності від
впливу викидів, які містили фтор, а також захворювання худоби.
Таким
чином, фторвмісні викиди підприємств можуть значно підвищити кількість фтору у
грунтах навколишніх територій.
Вміст
фтору у грунті може зростати і при використанні суперфосфатний добрив, причому
ступінь збагачення залежить від характеру грунту.
Спеціалісти
знаходили в добрива Суперфосфат грунті від 1.4 * 10-2 до 5.7 * 10-2% фтору. У
останньому випадку вирощений на цій ділянці буряк містив значно більшу, ніж
звичайно, кількість фтору.
Суперфосфатні
добрива вводяться в грунт у кількості декількох сотень кілограм на гектар.
Враховуючи широке застосування цього добрива, можна припустити, що з ним
протягом року на земній кулі вноситься декілька сот тисяч тон фтору. Ця
кількість може мати суттєве значення у загальному балансі кругообігу фтору в
біосфері.
Фтор
у воді
Широко
розповсюджені розчинні фторвмісні сполуки в породах та грунтах зумовлює
наявність фтору в природних водах, які використовуються для водопостачання
населення.
Концентрація фтору в природних водах
коливається в широких межах (від 0.01 до 27 мг/л) і пов'язана з розчінністю
його сполук. (Для детальнішої інформації дивіться таблицю 1 нижче).
Найменші концентрації фтору містять метеорні
та поверхневі води, найбільші - підземні води, які стикаються з багатими на
фтор породами; мінеральні джерела, особливо термальні, які пов'язані з
вулканізмом; поверхневі водойми, які забруднені стоками певних виробництв.
Таблиця 1. Розчинність сполук фтору
№
Назва сполуки
Формула
Розчинність, мг/л
1
фтористий Ca
CaF2
40
2
фтористий Mg
MgF2
130
3
фтористий Pb
PbF2
660
4
фтористий Sr
SrF2
390
5
фтористий Cu
CuF2
750 18%
6
фтористий Fe
FeF3
910
7
фтористий Al
AlF3
5590
8
фтористий Zn
ZnF2 * H2O
15160
9
фтористий Na
NaF
40540-42100
10
Фторсілікат Ba
BaSiF6
270-340
11
Фторсілікат K
K2SiF6
1200-1750
12
Фторсілікат Na
Na2SiF6
6520-7500
13
Фторсілікат Cu
CuSiF6 * 6 H2O
203200 25%
14
Фторалюміній Na синтетичний (кріоліт)
Na3 [AlF6]
610-630
15
Фторалюміній Na природний
Na3 [AlF6]
390
16
фосфорити
400-1000
17
Фторфосфат
200-500
Високі концентрації фтору виявлено у питних
водах багатьох країн. Багато джерел водопостачання, переважно артезіанських
свердловин, з великим вмістом фтору є у США, де декілька мільйонів людей
вживають воду, що містить від 1.0 до 2.0 мг/л фтору, не менше мільйону - воду,
що містить від 2.1 До 5.0 мг/л, та декілька десятків тисяч - воду,
концентрація фтору в якій перевищує 5.1 мг/л.
З європейських країн найвищі концентрації
фтору в питній воді виявлено в Іспанії, де в околицях Толедо є джерела
водопостачання, які містять 21.65 мг/л фтору. В Англії найбільший вміст фтору,
4.5 та 5.5 мг/л, знайдено у підземних водах графств Мальдон та Ессексом. В інших
місцевостях Англії та у Ірландії концентрація фтору у питній воді не перевищує
2 мг/л. В Італії описано води з 7.0 мг/л фтору, у Швейцарії максимальна
концентрація фтору становить 1.49 мг/л.
Є багато свідчень про високий вміст фтору у
водах європейських мінеральних джерел. Так, наприклад, у Франції в джерелі
виявлено концентрацію фтору до 18 мг/л, в джерелах Португалії - 12.1 мг/л, у
Болгарії - до 12 мг/л, у Швейцарії - до 7.46 мг/л.
Високі концентрації фтору (до 11.78 мг/л)
знайдено у водах багатьох криниць у Східній Африці, у Північній Америці у
"фосфатних зонах" концентрація фтору сягає 7.0-8.0 мг/л.
Концентрації фтору, що перевищують 10 мг/л виявлено у Кенії. Джерелами фтору
тут є продукти вивітрювання вулканічних порід. Велика кількість вод з високою
концентрацією фтору є в Китаї.
Наведена нижче таблиця 2 характеризує вміст
фтору в водах різного походження, вона свідчить про те, що проблема водних
ендемій флюорозу досить актуальна і для України.
Табліця2. Вміст фтору в різних водах України
Найменування води
Число аналізів
Число джерел (%) за концентрацією фтору (мг/л)
0.0-0.199
0.2-0.499
0.5-0.999
1.0-1.499
1.5-1.999
2.0-2.999
3.0-3.999
4.0-5.999
6.0-більше
Атмосферна
20
95
5
_
_
_
_
_
_
_
поверхнева
192
54.8
39
6.2
_
_
_
_
_
_
Колодязна
1625
28.9
37.9
19.1
7.8
2.4
2.9
0.8
0.12
0.06
артезіанська
556
16.3
43.2
22.1
6.4
3.8
5.9
0.9
1.8
_
Мінеральна
72
37.5
13.9
19.1
6.8
8.0
8.0
6.7
_
_
Морська
10
_
_
100
_
_
_
_
_
_
Вміст фтору в атмосферних водах
Необхідною ланкою у вивченні кругообігу
елементу є знання його вмісту в атмосферних водах (опадах). В. І.. Вернадський
надавав великого значення вивченню складу метеорних вод. В наш час накопичено
ще мало даних про вміст фтору у опадах. За даними спеціалістів атмосферні опади
містять фтор, концентрація якого переважно становить n * 10-6%, і рідко - n * 10-5%.
метеорні води, зібрані далеко від великих
населених пунктів, містили менше фтору. У опадах, зібраних у великих містах,
концентрація фтору була значно вищою, ймовірно внаслідок забруднення
атмосферного повітря димом чи фторовміснімі викидами промислових підприємств.
На основі аналізів вирахували, що середній вміст
фтору у опадах, що випадають на території України, становить 0.0524 мг/л.
Таблиця 3. Гідрохімічний стік фтору головними
ріками України
Назва ріки
Середньорічний об'єм стоку (км3)
Кількість фтору (мг/л)
Середньорічний гідрохімічний стік фтору (т)
Дніпро
51.0
0.184
9.350
Дністер
10.0
0.180
1.800
Південний Буг
2.7
0.230
521
Вміст фтору в поверхневих водах
Проведені дослідження говорять про те, що у
переважній більшості випадків у воді рік та інших відкритих водоймах міститься
до 0.3 мг/л фтору.
В Україні найменші концентрації фтору, до 0.1
мг/л, у слабко мінералізованій воді гірських річок та струмків Закарпаття. З
просуванням на схід та південь концентрація фтору зростає, сягаючи 0.6 (ріка
Молочна) - 0.84 (ріка Кальміус) мг/л, що загалом співпадає зі збільшенням
мінералізації води.
Лише у випадку дренування ріками водоносних
горизонтів, що проходять у багатих на фтор породах, ця закономірність
порушується: при порівняно низькій мінералізації води спостерігається висока
концентрація фтору (ріка Тясмин - 0.59 мг/л).
Коливання концентрації фтору вздовж течії
ріки, як правило, невеликі; так при одночасному заборі проб вздовж всієї течії
Дніпра вони варіювали від 0.11 до 0.2 мг/л, в Дністрі - від 0.09 до 0.31 мг /
л, в Дунаї - від 0.1 до 0.25 мг/л.
Також невеликі сезонні коливання концентрації
фтору, які за спостереженнями перебували в межах (в мг/л): у Дніпрі - від 0.09
до 0.266, у ріці Південний Буг - від 0.17 до 0.3.
Вода гірських річок, які утворюються
внаслідок танення снігів, містить зимою значно менше фтору. Ця обставина навела
на думку про можливість звільнення води від фтору шляхом виморожування.
Проте не всі поверхневі води містять малі
кількості фтору. У Східній Індії є ріка Тепабела (Tjapabela), що бере витоки з
джерела вулканічного походження, у воді якої міститься до 3.2 мг/л фтору. У
штаті Арізона в США у воді ріки Джілай та її притоці Сан-Педро міститься фтор у
високій концентрації. Підвищений вміст фтору у воді поверхневих водойм є
своєрідною особливістю певних районів Казахстану. Вміст фтору у ріках
передгір'я Заілійського Ала-Тау коливається в межах 0.7-1.25 мг/л, а в ріках
Центрального Казахстану - 0.4-2.5 мг/л.
Ще вищою є концентрація фтору у воді озер: у
озері Байкал - 1.5 мг/л, в о. Сабунді-Куль - до 7 мг/л (Це найбільша концентрація
фтору, виявлена у водах Казахстану).
Підвищені концентрації фтору у поверхневих
водах Казахстану Л. Н. Крепкогорській та Л. Н. Богусевич пояснюють участю у
формуванні їхнього сольового складу тріщінніх вод деяких порід палеозою, які
містять фтору до 1.8 мг/л. Дійсно, структура мінерального складу води о.
Сабунді-Куль тотожна водам палеозою і відрізняється лише великою
мінералізацією, що ймовірно пов'язане з сильним випаровування. В. А. книжників
описав в Казахстані геохімічну провінцію із вмістом фтору від 0 до 3 мг/л у
грунтових водах та від 2.2 до 6 мг/л у воді озер. Концентрація фтору в озерах
та ріках Казахстану різко коливається протягом року, наприклад в о.
Сабунді-Куль - в межах від 1 до 7 мг/л.
У ряді випадків високий вміст фтору може бути
наслідком забруднення водойми промисловими стічними водами.
Сполуки фтору слід віднести до стабільних
інгрідієнтів промислових стоків і розраховувати на самоочищення водойм від
сполук фтору практично неможливо.
Факти говорять про те, що можливе сильне
забруднення річок фтором та виникнення ендемій флюорозу у випадку відсутності
ефективної та постійно контрольованої очистки стічних вод.
Вміст фтору в підземних водах
З точки зору ймовірності виникнення ендемій
флюорозу найбільший інтерес викликають підземні води, а з них - напірні,
артезіанські. Останні часто використовують для централізованого водопостачання,
і тому велике практичне значення має знання закономірностей розподілу фтору у
водоносному горизонті. Це дозволить передбачити вміст фтору у воді проектованих
свердловин і, відповідно, попередити виникнення ендемій та нераціональну
витрату матеріальних ресурсів на облаштування нездорових джерел водопостачання.
На основі досліджень професора Р. Д. Габович
та інших можна зазначити, що води зі свердловин з одного й того ж горизонту
можуть містити різну кількість фтору залежно від місцезнаходження. Щодо
більшості водоносних горизонтів можна виявити закономірності у зміні вмісту
фтору.
Дослідження спеціалістів складу води протягом
8 років констатували постійність концентрації фтору у воді більшості
артезіанських свердловин. Сезонні та річні відхилення як правило невеликі (0.01
мг/л) і навіть при високій концентрації фтору (4 мг/л) не перевищують 0.2 мг /
л. Дослідники не зустріли таких джерел, де вміст фтору змінювався в одному
напрямку; як правило річні коливання у вмісті фтору відбуваються навколо деякої
середньої величини. Винятки з цього правила траплялися дуже рідко. Лише в одній
з 26 свердловин було виявлено коливання фтору в 0.6 мг/л за дворічний проміжок.
Деякі показники дозволяють припустити, що ця постійність зберігається принаймні
протягом десятиліть (Dean, HT, Elvove, E. Furthe Studies on the Minimal Threshold of Chronic Endemic Dental Fluoris. - 1937).
У таблиці 4 наведено дані про вміст фтору у водах різних водоносних
горизонтів України. З таблиці видно, що в Україні високі концентрації фтору є
переважно у водах крейдово, сеноманського, бучакського та сарматського горизонтів.
Таблиця
4. Вміст фтору у воді свердловин України
Водоносний горизонт
Число свердловин
Число свердловин з концентрацією фтору (в мг/л)
До 0.499
0.5-0.999
1.0-1.499
1.5-1.999
2.0-2.999
3.0-3.999
4.0-більше
Докембрій
24
19
5
-
-
-
-
-
Карбон
28
4
22
2
-
-
-
-
Силур
11
9
2
-
-
-
-
-
Юра
25
6
11
8
-
-
-
-
Крейда всього
265
179
60
9
4
13
-
-
Сеноманській
29
22
2
-
-
5
-
-
крейдово
236
179
60
9
4
13
-
-
третини всього
241
128
30
19
23
25
7
9
палеогені
118
44
5
14
18
21
7
9
неогену
98
66
19
5
4
4
-
-
четвертинних
118
78
40
-
-
-
-
-
Максимальний вміст фтору в артезіанських
свердловинах України становить 5.6 мг/л. Підвищений вміст фтору у водах
юрський, крейдово та третини палеогенових відкладень пов'язаний з поширенням
фосфоритів.
Варто зазначити, що про можливість наявності
високих концентрацій фтору у воді шахтних колодязів та пов'язаних з ними
ендемій флюорозу інформації досі недостатньо. Між тим основна маса сільського
населення України користується цими джерелами водопостачання.
У воді переважної кількості колодязів
України (67%) міститься фтору не менше 0.5 мг/л. Фтор в кількості, що перевищує
1 мг/л виявлено у воді 14% обстежуваніх колодязів.
Невеликі концентрації фтору, переважно до 0.5
мг/л, є у водах західних областей України та Полісся.
При подальшому просуванні з заходу на схід, а
особливо з півночі на південь, концентрації фтору у воді шахтних колодязів
зростають, сягаючи максимуму у Дніпропетровській області, де багаті на фтор
води є в усіх без винятку районах. Максимальна концентрація фтору тут 4,5 мг /
л, причому близько 25% колодязна вод містять 1-1.5 мг/л фтору, а близько 20%
- Більше.
Найбільші концентрації фтору виявили в селах,
поблизу яких в минулому видобували плавиковий шпат.
Щоб відповісти на питання, наскільки багаті
на фтор колодязні води можуть бути причиною ендемії флюорозу, вивчали сезоні та
річні коливання концентрацій фтору у воді 23 шахтних колодязів восьми областей
України. Було встановлено, що сезонні коливання фтору наближаються до 0.3-0.5
мг/л; мінімальна концентрація фтору спостерігається навесні, а найбільша --
наприкінці літа, восени та взимку.
Оскільки середньорічний рівень фтору у
колодязній воді зберігається протягом багатьох років, можна дійти висновку, що
і вода шахтних колодязів може бути причиною ендемій флюорозу, що підтвердилося
при обстеженні населення.
спадання рівня води в колодязях наприкінці
літа призводить до підняття осаду з дна при заборі води, що також збільшує
вміст фтористих сполук у воді.
Підсумовуючи усі спостереження, можна зробити
висновок, що основною ознакою, яка дозволяє припустити наявність високих
концентрацій фтору в підземних водах, є залягання фосфорітовіх відкладень чи
інших фторвмісних мінералів у водоносному горизонті. При цьому накопичення
фтору у воді зростає в ділянках водоносного горизонту з уповільненим
водообміном. Внаслідок цього концентрація фтору у водах водоносного горизонту
зростає із зануренням і досягає максимуму у центрі западин та улоговин.
Навпаки, найменші кількості фтору містять
води горизонтів, що залягають близько до поверхні землі, на підвищених частинах
рельєфу, при полегшенному жівленні. Зменшення кількості фтору спостерігається
також у водах, які з'єднані з добре промитими, сильно тріщіннімі породами (Т.
А. Ніколаєва). Існує думка про те, що чим довшим є шлях води через вапняні
породи, тим менше вона містить фтору.
У літературі є вказівки на те, що кількість
фтору у водах зростає з глибиною залягання водоносних горизонтів, тобто з
геологічним віком відкладень, які утворюють горизонт (Т. А. Ніколаєва, А. С.
Беліцькій, 1951). Однак дослідження інших вчених (Габович Р. Д.) показали, що це
твердження має надто багато винятків. Наприклад, у Дніпропетровській області
води з четвертинних відкладень містять в декілька разів більше фтору, ніж
тріщінні води корінних порід. За даними С. Н. Черкінського та Р. М.
Заславської, більш давні води з відкладень девону бідніші за карбон, а води
середнього карбону мають більшу концентрацію фтору, ніж води нижнього карбону
(Черкінський С. М., Заславська Р. М. Фтор в підземних водах РСФСР як фактор захворювання населення
флюороз та карієсом. Гігієна і санітарія, 1953, № 5).
Габович та інші звернули увагу, що для
багатьох багатих на фтор вод характерний невисокий вміст кальцію та магнію, але
високий вміст хлоридів та сульфатів. Згідно спостереженням, при підвищенні
мінералізації води, збільшенні кількості хлорнатрієвої солі та зменшенні солей
кальцію зростає концентрація фтору. Але такий склад зовсім не обов'язковий для
вод, багатих на фтор. У цьому можна переконатися розглянувши дослідження
Габович, а також спостереження Ніколаєвої, яка звертає увагу на високу
мінералізацію, великий вміст кальцію, магнію та сульфатів у багатих на фтор
водах. Це змушує дійти висновку, що важко знайти будь-які загальні
закономірності між складом води та вмістом фтору.
ВПЛИВ
Фтору на людський організм
Фтор в організмі людини та його роль
Фтор
в організмі людини
Вивчення вмісту фтору в різних тканинах та
органах є необхідною ланкою у справі з'ясування біологічної ролі цього
мікроелемента. Між тим ознайомлення з літературою приводить до висновку, що в
цій галузі накопичено дуже обмежені дані, які до того ж мають недоліки.
Основним
недоліком є те, що визначаючи вміст фтору в тканинах людського організму,
дослідники ігнорували концентрацію цього елемента у навколишньому середовищі.
Недоліки вивчення вмісту фтору в організмі та недосконалість раніше
застосовуваних методів аналізу довгий час позбавляли можливості правильно
оцінювати отримані результати, не дозволяли порівнювати дані різних авторів, а
відповідно і ускладнювали виявлення існуючих закономірностей. Через це у літературі
можна побачити дуже суперечливі дані про вміст фтору в кістках (від 100 до
9700), зубах (від 90 до 16000 мг/кг), крові (від 0.01 до 2 мг/кг) та інших
тканинах. У таблиці 5 наведено вміст фтору в різних тканинах людського
організму за даними Р. Д. Габович.
Проаналізувавши
дані таблиці, можна зробити висновок, що найбільша кількість фтору міститься у
твердих опорних тканинах, менше у волоссі, нігтях, тобто у тканинах з
малоінтенсівнім метаболізмом, порівняно стійких і міцних. У внутрішніх органах,
залозах, мозку, де процеси обміну інтенсивні, кількість фтору зменшується.
Винятком є ендокринні залози. Найменша кількість фтору міститься у м'язах і
мозковій тканині.
Розподіл
фтору в організмі неоднорідний. Так, сироватка крові містить більше фтору ніж
еритроцити. Дослідження з міченім фтором також показали, що плазма крові
містить приблизно у два рази більше фтору, ніж еритроцити.
Таблиця 5.Вміст фтору у різних тканинах
людського організму
Назва тканини
Вміст фтору (мг/кг) у людей віком:
10 років
50 років
84 роки
Мозок
0.16
0.37
0.84
М'язи скелету
0.18
0.25
0.81
М'язи серця
-
-
-
Кров
0.13
0.26
0.38
Легені
0.41
0.7
1.08
Печінка
0.24
0.38
1.17
Нирка
0.41
0.68
0.54
селезінка
0.28
0.81
-
Щитовидна залоза
0.28
0.69
6.35
підшлункова залоза
0.61
0.84
2.67
Шкіра
-
3.95
-
Волосся
-
52.8
72.3
Нігті
67.0
75.4
89.0
Кістки
310.0
450.0
882.0
Зуби
105.0
207.0
283.0
З віком рівень фтору в кістках постійних
мешканців одного і того ж населеного пункту збільшується. Вважають, що вміст
фтору у кістках збільшується на 0.02% на рік. Можливо, що накопичення фтору в
кістках з віком певною мірою пов'язане з патологічнімі змінами в похилому віці.
Рівень фтору в зубах нижчий, ніж у кістках. У
зубах фтор розподіляється теж нерівномірно. Згідно з деякими спостереженнями, у
зовнішньому шарі емалі міститься більше фтору, ніж у внутрішньому. Кількість
фтору в корені зуба в 1.4-1.8 рази більше, ніж у коронці. Коливання вмісту
фтору в різних частинах зуба є однією з причин розбіжностей літературних даних
про вміст фтору в зубах.
Припускають, що при підвищеному надходженні
фтору в організм він частково відкладається в зубах і кістках у вигляді
фтористого кальцію. У відкладенні фтористого кальцію вбачають причину утворення
неоднорідної структури кісток та зубів, що призводить до змін фізико-хімічних
властивостей цих тканин при флюорозі.
Проте чи збільшується з віком рівень фтору в
тканинах думки вчених розійшлися. Так, Габович вважає, що рівень фтору зростає
(Див. Таблицю 5), а С. Я. Капланській вказує, що із старінням організму
кількість фтору в ньому зменшується.
Фізіологічна роль фтору
Незважаючи на багаторічне вивчення,
біологічна роль фтору і досі менш відома, ніж інших мікроелементів. Проведені
експерименти переконують у тому, що тварини і люди не потребують великих
кількостей фтору, але це не означає того, що цей елемент не потрібен організму.
Ще Готьє висловив припущення, що фтор сприяє фіксації кальцію та фосфору в
організмі. Автор виходив з тог??, Що фтор має хімічну спорідненість з кальцієм і
міститься у великих кількостях у тих тканинах, де багато фосфорнокальцієвіх
солей. Міхаеліс (Michaelis, 1935),
продовжуючи думку Готьє, також стверджував, що фтор сприяє зв'язування
тканинами фосфорнокислого кальцію, і є біокаталізатором цього процесу. Міхаеліс
вважав, що в тих випадках розладу закостеніння, коли не допомагає вітамін D, порушення фосфорнокальцієвого обміну викликано нестачею
у раціоні фтору, і тому пропонував застосовувати фтор з терапевтичною метою при
остеомаляції, фіброзному остіті та інших захворюваннях кісток.
Фізіологічна роль фтору не обмежується тим,
що він входить в структуру тканин. Є спостереження, що збагачення раціону
вагітних жінок фтористим кальцієм покращує розвиток зубів у немовлят. І. Г.
Лукомський при введенні мишам невеликих кількостей фтористого натрію відзначав
прискорення загоєння і кальціфікації при експериментальних переломах кістки.
Даючи хворим остеомієлітом 3-4 мг фтористого натрію на добу, І. Г. Лукомський
спостерігав на рентгенограмах прискорення процесу кальціфікації ділянок кістки.
На основі цього він дійшов висновку, що малі дози фтору впливаючи на
остеобласти сприяють кальціфікації кісткової тканини.
Згідно з деякими даними, загоєння
експериментальних переломів у кролів під впливом фтору відбувається значно
краще у тому випадку, якщо фтор давати до і після перелому. Грінвуд (Greenwood,
1940) повідомляє, що при додаванні невеликих кількостей фтору
до тканин він може бути корисним при фізіологічних процесах. Леві, статистично
обробивши великий обсяг матеріалу, виявив, що в місцевості з малим вмістом
фтору у питній воді дефекту слуху у дітей спостерігалися в 1,8 разів частіше,
ніж в населеному пункті, в водопровідній воді якого містилося 1,4 мг/л фтору.
. І. Лобченко звернув увагу на своєрідний і
сприятливий перебіг кісткового туберкульозу в населених пунктах з високим
вмістом фтору в питній воді.
Відкриття порівняно великих кількостей фтору
в зубах вже давно навело на думку, що він необхідний для твердості і міцності
емалі.
Цікаво відзначити, що в населених пунктах з
високим вмістом фтору у воді поряд з меншою захворюваністю карієсом зубів
відзначають і меншу захворюваність поліомієлітом. Цю обставину намагаються
пояснити тим, що воротами інфекції для вірусу поліомієліту є лунки
екстрагованіх через карієс зубів.
Як вже було сказано, на наступному після
кісток і зубів місті за вмістом фтору знаходиться група тканин ектодермального
походження: волосся, нігті, епідерміс. В наш час ряд властивостей цих тканин
наводить на думку про можливу роль фтору як уповільнювача ферментативних процесів
і обміну речовин в цілому. В той самий час накопичується дані, які свідчать про
те, що певні концентрації фтору сприяють росту нігтів та волосся. Найменша
кількість фтору міститься у мозку, м'язах та внутрішніх органах, тобто в
тканинах з найінтенсівнішім метаболізмом. Однак, беручи до уваги дію фтору на
найважливіші ферментатівні системи та хімічні
