フッ素：その健康への影響は？ 欠乏症と過剰症の症状＋興味深い事実

フッ素：フッ素について知っておくべきこと、体内での重要性とは？

フッ素の基本的性質

フッ素は非金属の化学元素で、自然界に豊富に存在するだけでなく、人体にも存在する微量ミネラルの一つであり、健康維持に重要な元素である。

化学記号はFで、これはラテン語のfluorumに由来する。

フッ素は、フッ素の主な天然源である蛍石という鉱物にちなんで名づけられた。 単語の "fluo "の部分はラテン語で "流れる "を意味し、金属鉱石に添加して融点を下げるという蛍石の実用的な用途を指している。

フッ素は化学元素周期表の第17族に属する元素で、第2周期に存在する。

ハロゲンと呼ばれる元素群に属し、塩素、臭素、ヨウ素も含まれる。 このグループは、元素が塩を形成する能力から名付けられた（ギリシャ語のhals - salt, gennaó - I form）。

標準的な圧力と温度では、フッ素は刺激臭のある淡黄色の気体で、低温では黄色の液体になる。

ハロゲンの中では最も軽く、電気陰性度が最も高い。 電気陰性度が高いため、周期表の全元素の中で最も反応性の高い元素である。

ほとんどの元素（アルゴン、ネオン、ヘリウムを除く）と反応し、ほとんどの無機物質や有機物質とも反応する。

フッ素はまた最も強い酸化剤でもあり、多くの金属と反応し、金属をフッ化物の層で覆います。

他のハロゲンと同様、フッ素はF2と呼ばれる二原子分子として存在する。

フッ素に関する基本的な化学的・物理的情報を表にまとめた。

フッ素が最初に発見されたのはフッ化水素酸という化合物であったが、フッ素は反応性が高すぎるため、化合物から純粋な元素に分離するのは困難であった。

フランスの化学者アンリ・モワッサンが低温電気分解によってフッ素の単離に成功したのは1886年のことである。

アンリ・モワッサンはフッ素の単離でノーベル化学賞を受賞した。

フッ素は比較的広く存在する元素で、大気中、土壌中、水中、火山性の岩石中、動植物中などに天然に存在する。

地球上で13番目に豊富な元素で、地殻重量の0.06～0.09％を占める。

フッ素の濃度が最も高いのは、フッ化物鉱物の豊富な地域、火山地帯、フッ素化合物が環境中に放出される工業地帯（石炭燃焼、鉱石加工）、あるいは肥料が生産・使用される場所である。

フッ素は海水を含むすべての自然水中に存在し、海水中の含有量は淡水の数倍である。

天然には化合物の形でのみ存在し、無機フッ化物F-として分子に結合している。 反応性が高いため、遊離の形では存在しない。

フッ素含有鉱物には、前述の蛍石（CaF2）のほか、氷晶石（Na3AlF6）、フルオロアパタイト（Ca5(PO4)3F）、トパーズ、レピドライト、雲母などがある。

元素状フッ素またはその化合物は、現在多くの分野で使用されている。

例えば

• 金属加工（アルミニウムや鉄）の融点や粘度を下げる補助剤として。
• 金属の洗浄、ガラスの研磨やエッチング
• テフロンやフッ化ウランの製造（原子力産業で使用）
• 冷蔵庫、エアコン、消火器の冷媒として（オゾン層破壊に寄与するため、この目的での使用はすでに制限されている）
• 飲料水添加物としての使用（水のフッ素化
• 歯磨き粉の添加物として
• 特定の医薬品の製造

フッ素の体内での働きとは？

フッ素は人体にとって重要な微量元素であり、体内には比較的少量しか存在しないが、いくつかの生理学的プロセスが適切に機能するために不可欠である。

体内ではフッ素はイオンの形でのみ存在し、それは無機フッ化物陰イオンF-である。 したがって、フッ素化合物はフッ化物と呼ばれる。

フッ化物の最も重要な生物学的機能は、健康な歯と骨の維持である。

フッ素は体の硬組織、すなわち骨や歯に蓄積し、カルシウムやリンとともにフルオロアパタイトやフルオロヒドロキシアパタイトという鉱物の結晶を形成する。

つまり、これらの組織を十分に強く硬くするミネラル化のプロセスについて述べているのである。

この点で、フッ素は次のような働きをする：

• 歯の成長と形成を助けるため、歯の発育に重要な要素である。
• 虫歯の予防剤として作用する。
• むし歯の進行を遅らせたり、逆に進行させることができるため、むし歯の治療に使用される。
• 歯の表面に保護層を形成することで、食物からの酸や口腔内に存在する細菌が産生する酸による有害な影響を軽減する。
• 歯と歯のエナメル質の強度と堅さを維持するために重要です。
• フッ素は骨の密度と硬度を高め、骨をより強く安定させます。

フッ素は虫歯予防にどのように働くのですか？

歯の健康と強さを維持するフッ化物の効果は、3つのメカニズムで説明できます：

1. 歯のミネラル化を促進する。
2. 歯の脱灰を防ぐ
3. 細菌の増殖を遅らせ、その影響を減少させる。

歯と歯のエナメル質は、成長発育中および生涯を通じて、脱灰（歯の組織からのミネラルの放出）と再石灰化（歯の組織へのミネラルの再付着）の過程を絶えず繰り返している。

脱灰は歯のエナメル質の強度と抵抗力の低下を引き起こし、虫歯の原因となります。

脱灰には口腔内に存在する細菌が重要な役割を果たしており、細菌は糖を代謝して乳酸を産生します。

唾液のpHが臨界値である5.5を下回ると、脱灰のプロセスが始まり、虫歯が発生します。

脱灰によってエナメル質からハイドロキシアパタイトCa10(PO4)6(OH)2というミネラルが放出される。 これは硬い歯組織の最も重要な構成要素であり、その強度と硬度を保証する。

フッ化物が口腔内に存在すると、エナメル質の結晶表面に結合して結晶を溶解から保護するため、ミネラルの遊離速度を低下させ、脱灰を防ぐことができる。

その後、pHが臨界値以上に上昇すると、フッ化物が再石灰化の引き金となり、エナメル質に吸収され、フルオロハイドロキシアパタイトというミネラルの形成に寄与する。

再石灰化は唾液中に必要な物質が十分に存在しなければ起こらない修復プロセスであり、その物質の一つがフッ化物である。

フッ化物の主な作用は局所的なものであり、唾液中に十分な濃度で存在することが非常に重要である。

脱灰と再石灰化のサイクルが繰り返されると、歯のエナメル質の外側は時間の経過とともに変化し、酸性環境に対する抵抗力が強くなることがある。 これは新しく形成される結晶の臨界pH値が低下するためである（例えばpH4.5まで低下する）。

フッ化物が健康な歯の維持に役立つ第三のメカニズムは、口腔内細菌に対する効果、すなわち抗菌作用である。

虫歯の原因となる細菌はいくつかあるが、その中で最も重要なのはストレプトコッカス・ミュータンス（Streptococcus mutans）である。

フッ化物は細菌細胞に作用し、酵素系を阻害したり、細胞膜の透過性に影響を与えたり、細菌が産生する酸の量を減少させたりする。

この場合、歯組織の脱灰に対する間接的な影響ということになる。

フッ化物の体内での役割

体内のフッ化物の主な供給源は飲料水と食物であり、最も大きな割合を占めるフッ化物は消化管を通って体内に入る。

しかし、フッ化物は吸入や皮膚接触によっても体内に入る。

フッ化物への最も一般的な暴露は、食物摂取、飲水、歯磨き粉などのフッ化物化合物を含む製品の使用、染料、農薬、金属やガラスの加工活動である。

吸収

食物または飲料水中に摂取されたフッ化物は、消化管において比較的速やかに、かつ高度に吸収される。 摂取された食物中のフッ化物の総量のほぼ90％までが、胃（少数派）と小腸（多数派）で吸収される。

摂取した食物中のフッ素は胃の酸性物質と反応し、主にフッ化ナトリウム、フッ化水素またはフルオロケイ酸として吸収される。

消化管で吸収されなかったフッ化物の一部は糞便中に排泄される（約10％）。

フッ化物の吸収は、同時に摂取する食物によって影響を受けることがある。

例えば、カルシウム、アルミニウムまたはマグネシウムは、フッ化物と不溶性で吸収されにくい錯体を形成するため、いくつかのフッ化物化合物の吸収を著しく低下させる。

分布

消化管からの吸収によってフッ化物は血流に入り、血液によって必要な部位に分布する。

血中ではフッ化物は血漿タンパク質と結合し、摂取後約20～60分で血中濃度が最も高くなる。

成人の体内のフッ素量は約3mgであり、そのほとんど（99％）は硬いミネラル化組織（骨と歯）に集中し、残りの1％は軟組織に沈着する。

フッ化物摂取量が過剰になると、軟組織に多量に沈着し始める。

体内の総フッ化物含量には、酸塩基平衡、血液組成、ホルモン活動、腎機能、遺伝的要因、食事、身体活動、さらには標高など、いくつかの要因が影響する。

フッ化物は胎盤を通過することもできる。 胎盤を通過する量は母親の血液中のフッ化物の量に依存する。 その量が多ければ多いほど、胎盤中のフッ化物の割合は高くなる。

胎盤中の濃度は母体の血液中のフッ化物濃度の約60％である。

母体の血液中のフッ素濃度が著しく上昇した場合、胎盤はバリアとして機能し、胎児への過剰なフッ素の通過を防ぎ、高濃度のフッ素から胎児を保護する。

フッ化物は母乳中にも微量に移行する。

排泄

フッ化物は主に腎臓を通して体外に排泄される。 つまり、尿中に排泄される。

血液中のフッ化物濃度はホメオスタシスの過程では調節されないので、腎臓は人体のフッ化物の生理的レベルを調節し維持する主な臓器である。

病気や腎臓機能のさまざまな障害は、フッ化物を体内に滞留させ、その結果フッ化物濃度を上昇させる。

フッ化物のごく一部は汗、唾液または糞便によっても除去される。

フッ化物の1日の推奨摂取量は？

フッ化物の1日平均摂取量の推奨値は、データ不足のため確立されていない。

しかし、欧州食品安全機関はフッ化物の適切な摂取量の値を公表している。 適切な摂取量は観察に基づく平均値であり、人口の必要量に対して適切であると仮定されている。

さらに、ヒトにとって耐容可能なフッ化物摂取量の上限値も定められている。 この上限値は、健康への悪影響のリスクがない、すべての供給源からのフッ化物の長期的な1日摂取量の上限値を示している。

年齢別の1日の適切なフッ化物摂取量とフッ化物摂取上限量の表形式要約

食品とその他のフッ化物源

フッ化物は日常生活の重要な一部であるが、私たちが毎日摂取する量は比較的少量である。

フッ化物は飲料水中に自然に存在するが、今日ではフッ化物を添加することによって意図的に水中のフッ化物濃度を高めている。 これを水のフッ素化という。

飲料水だけでなく、人が1日に摂取するフッ化物の総量には、日常的に使用する食品やその他の製品からの分画も含まれる。

食品のフッ化物含量は通常低く（0.05mg/100g以下）、1日の総摂取量に寄与するのは0.3～0.6mgである。

フッ化物を多く含む食品としては、例えば、紅茶、ひき肉を含む鶏ひき肉、肉の缶詰、海魚（特にイワシなど骨ごと食べる場合）、シリアル、フルーツジュース（特にグレープジュース）、牛乳、ベビーフードなどがある。

植物では、ティーツリー（中国茶の木）がフッ化物の良い供給源である。 フッ化物は主にその葉に濃縮される。 植物が生育する土壌が酸性であればあるほど、フッ化物が蓄積される。

医薬品、栄養補助食品、フッ化物入り歯磨き粉やその他の口腔衛生製品（洗口剤、フォーム、ジェル、ワニス、歯科用プロフェッショナル製品など）の使用も、1日のフッ化物総摂取量に寄与する。

体内のフッ化物濃度を阻害する可能性のある食品には、特に食卓塩に含まれる塩化物などがある。 塩化物の摂取量が少ないと、腎臓によるフッ化物の排泄率が低下するため、フッ化物の体内滞留が増加する。

さらに、肉タンパク質の多い食事はフッ化物をより多く保持する。

前述のカルシウム、アルミニウムまたはマグネシウム化合物もフッ化物の吸収を著しく減少させる。

水や食品のフッ素化-その意義は？

水や食品のフッ素化とは、フッ化物を意図的に添加し、その濃度を高めることである。

この措置の目的は、積極的にフッ化物摂取を管理する必要なく、国民に体系的なフッ化物摂取を確保することである。 また、健康維持に必要なレベルのフッ化物を確実に摂取し、欠乏による健康への影響を防止する試みでもある。

ウォーターフロリデーションは1945年に米国で初めて導入され、現在も世界の多くの国で実施されている。

水のフロリデーションの導入により、乳歯と永久歯のむし歯の有病率が大幅に減少した。 したがって、子供と成人のむし歯予防に効果的である。

水にフッ素を添加する場合、毒性や副作用が起こる程度までフッ化物のレベルを超えないことが重要である。

そのため、飲料水中のフッ化物の最適濃度は0.8～1.5mg/lに設定されている（ヨーロッパ）。

水道水フロリデーションに加えて、牛乳や食卓塩にフッ化物を添加するなどの方法も用いられている。

これらの方法は、主に歯科医療サービスが限られている地域や、公共水のフロリデーションが不可能な地域で、あまり使用されていない。

フロリデーションは、特に人体への悪影響の発生との関連から、長い間多くの論争の的となってきた。 長年にわたり、多くの反対者がいる。

このため、フロリデーションは濃度制限を厳守しなければならない。

歯磨き粉や栄養補助食品としてのフッ化物

水道水フロリデーションがう蝕の発生を減少させ、既存のう蝕病変の進行を遅らせることに成功したため、フッ化物を含む多くの製品が開発された。

これには食品サプリメント、歯磨剤、洗口剤、あるいはフォーム、ジェル、ワニスなどの歯科用プロフェッショナル製品が含まれる。

フッ化物、特にフッ化ナトリウムを含む最初の歯磨き粉は1955年に製造された。

これらの製品は、日常的に体内に取り込まれるフッ化物の総量にも大きく寄与している。

したがって、フッ化物入り飲料水の摂取と同時にこれらの製品を使用することは、1日の許容摂取量を超えるという点で懸念がある。

この点で、子どもは特に危険である。

6歳未満の小児は歯磨きのたびに歯磨き粉から約0.3mgのフッ化物を飲み込むと推定されている。

そのため、歯磨きの際には保護者が子供を監督することが推奨される。

フッ化物含有量の少ない歯磨き粉を使用し、3歳未満の幼児には米粒大、3～6歳の年長児には豆粒大の少量を歯ブラシに塗布する。

フッ化物サプリメントの使用は、通常、むし歯のリスクが高い子どもや、フッ化物を含まない水しか利用できない場合の代替手段として勧められる。

現在、フッ化物は複数の成分を含む製品、すなわちマルチビタミンまたはミネラルのサプリメントの一部としてのみ市販されている。

フッ化物の欠乏と過剰はどのように現れるか？

フッ化物欠乏が重度または長期化すると、体内のフッ化物濃度は低下する。

今のところ、この欠乏の結果として知られているのは、年齢に関係なく虫歯のリスクが高まることだけである。

逆に、フッ化物濃度が高い場合は、より一般的である。

高濃度のフッ化物はより一般的である。

多くの場合、飲料水、栄養補助食品、歯磨き粉、口腔衛生用品など、さまざまな供給源が無秩序に組み合わされている。

高濃度のフッ化物は体にとって危険であり、さまざまな有害症状を引き起こし、中毒を引き起こす可能性がある。

小児およびフッ化物やその化合物に対して過敏症であることが知られている人は、毒性のリスクがある。

フッ化物中毒の症例の最大80％は、歯磨き粉または他の口腔衛生製品の摂取による6歳未満の小児で観察される。

急性有害作用がすでに観察されるフッ化物の最低用量は5mg/kg体重である。

急性毒性の最も一般的な症状は以下の通りである：

• 過剰な唾液分泌
• 吐き気および嘔吐
• 腹痛
• 下痢
• 浅い呼吸と弱い心拍
• 発汗
• 全身の脱力感と震え
• けいれん

フッ化物による消化管への悪影響は、フッ化水素酸の生成と作用によるものである。

頭痛、疲労、かゆみ、脱力感、手足のしびれなどが起こる頻度は低い。 重度の中毒では、組織障害、呼吸器障害、心臓障害が起こる。

血中フッ素濃度が9.1mg/lになると、もはや生命維持は不可能とみなされる。

上記の症状に加えて、フッ化物濃度の上昇は、通常は目に見えない他の多くの障害を引き起こす。

血液中では、放出されたフッ化物イオンがカルシウムと結合し、著しく過剰になるとカルシウム濃度の低下-低カルシウム血症-を引き起こす。

高用量では、フッ化物は骨芽細胞（骨組織を分解する細胞）の働きを刺激し、逆に破骨細胞（骨組織を作る細胞）の働きを抑制する。

また、多くの酵素系の働きを鈍らせる。

慢性的に、すなわち長期間にわたってフッ化物を体内に大量に摂取すると、関節の痛み、肥厚、骨密度の増加を引き起こす。

フッ化物過剰の深刻な結果としてのフッ素症

慢性的なフッ化物過剰摂取の最も深刻な結果は、歯のフッ素症の発症である。

これは歯のエナメル質の形成期に起こる歯のエナメル質の発育障害であり、生後6～8年間のフッ化物への過剰な全身曝露が原因である。

歯の発育が完了すると、体内のフッ素濃度が高くてもフッ素症は発症しなくなる。

罹患したエナメル質は、健康な歯に比べてタンパク質を多く含み、多孔質で透明度が低い。

歯のフッ素症の初期型は、エナメル質上に小さな不透明な斑点やシミが出現する。

さらに進行して重度になると、シミはより大きく顕著になり、黄色や淡褐色に着色します。 歯には細く白い横線が走り、エナメル質は歪み、多孔質になり、失われることさえあります。

乳歯列の場合、フッ素症は臼歯や目歯に多くみられ、永久歯列の場合は臼歯や前歯にみられます。

したがって、歯のフッ素症はある意味で審美的な問題である。

慢性フッ化物過剰摂取の重症例では、骨フッ素症になることもある。 これは何年もかけて発症する。

過剰な非鉱物化骨組織が形成され、骨の鉱物化も障害される。

初期段階では骨密度は増加するが、骨はもろく骨折しやすい。

この病気は何年もかけて進行し、関節の痛みやこわばり、筋力低下、靭帯や腱の石灰化、さらには運動能力の低下や神経障害を引き起こす。

最後に、フッ化物の吸入や皮膚への接触によって引き起こされる副作用について述べる。

これには、呼吸器、目、皮膚の粘膜の炎症、肝臓や腎臓の障害などが含まれる。

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