Teil I: Chemie, Wirkungsmechanismus und Zahnpastenapplikation

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1 ÜBERSICHTSARBEIT L. Stösser, R. Heinrich-Weltzien 1 Kariesprävention mit Fluoriden 2 Teil I: Chemie, Wirkungsmechanismus und Zahnpastenapplikation In dem folgenden, in zwei Teile gegliederten Beitrag werden der aktuelle Wissensstand zur Kariesprävention mit Fluoriden, ihre Chemie und Biochemie sowie die kariesprotektiven Wirkmechanismen zusammenfassend dargestellt. Berücksichtigung fanden weiterhin Anwendungsempfehlungen für die verschiedenen F-Präparate, die von der Selbstapplikation durch die F-Zahnpaste mit ihren verschiedenen F-Verbindungen bis zu den konzentrierten Lack- und Gelpräparaten reichen; die interne Fluoridverabreichung durch Kochsalz, Tabletten oder Trinkwasser findet ebenfalls entsprechend ihrer derzeitigen Stellung Berücksichtigung. In diesem Zusammenhang wird schließlich noch auf den Fluorid- Stoffwechsel und die Toxikologie hingewiesen. Schlüsselwörter: Fluoride, Kariesprävention, Übersicht, Anwendungsarten, F-Aufnahme, F-Toxikologie 1 Poliklinik für Präventive Zahnheilkunde des Zentrums für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde des Klinikums der Friedrich-Schiller-Universität Jena 2 In Vorbereitung eines Lehrbuches der Pharmakologie für die zahnärztliche Ausbildung und Praxis (Hrsg.: A. Balogh, E. Haen), Dtsch Apotheker Verlag, Stuttgart 1 Einleitung Die Kariesprävention orientiert sich am allgemein anerkannten Ätiologiekonzept der Karies (Abb. 1). Neben der Plaqueentfernung und Ernährungslenkung gehört die Applikation von Fluoriden zu den drei Grundsäulen der Prävention, die durch die Fissurenversiegelung der okklusalen Kariesprädilektionsfläche und den regelmäßigen Zahnarztbesuch zur Früherkennung kariöser Läsionen ergänzt werden. Die Fluoridverabreichung genießt eine Sonderstellung, da ohne die systematische Anwendung dieses Spurenelements die heute erreichte gute Zahngesundheit in der jugendlichen Generation nicht möglich gewesen wäre. Der Kariesbefall der 12-Jährigen liegt derzeitig in Deutschland bei durchschnittlich einem kariösen Zahn (DMFT), während 1975 vor der breiten Nutzung der Fluoride dieser Wert noch bei ca. 5 bis 7 DMFT lag. 2 Geschichte des Fluorideffektes Als Ursache für die Entstehung gefleckten Zahnschmelzes ( mottled teeth ) wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Colorado, USA (McKay) und in Neapel, Italien (Eager) eine erhöhte Fluoridaufnahme, insbesondere mit dem Trinkwasser festgestellt. Nachfolgend konnten epidemiologische Untersuchungen (Dean & McKay 1939) den Nachweis eines parallelen kariespräventiven Effektes durch die Fluoridaufnahme erbringen, wie dies für viele Spurenelemente weiterführend untersucht wurde (Tab. 1). Das als Fluorose bezeichnete Krankheitsbild der gefleckten Zähne ist signifikant mit weniger Karies verbunden. Die kariespräventive Konzentration des Spurenelements, bei der ohne kosmetische Beeinträchtigung eine ausgeprägte Kariesreduktion (50 bis 60 %) erreicht werden kann, liegt bei 1 mg F/l im Trinkwasser (Abb. 2). 3 Chemie des Fluors und der Fluoride Fluor in Form seines Calciumsalzes Flussspat (CaF 2 ) wurde von Agricola 1530 beschrieben und gleichzeitig seine Funktion als Hilfsmittel zum Schmelzen von Erzen erwähnt, die durch Fluoridzusatz dünnflüssiger werden (lat.: fluore fließen). Fluor (F) ist ein nicht-metallisches, gasförmiges chemisches Element mit der Ordnungszahl 9, gehört zu den Halogenen und steht in der zweiten Periode des Periodensystems der Elemente. Das sehr giftige, farblose, in hohen Konzentrationen gelb-grüne Gas hat einen an Chlor erinnernden stechenden Geruch, ist schwerer als Luft und stellt das elektronegativste und deshalb reaktivste chemische Element dar, das infolgedessen nicht frei in der Natur, sondern nur in Form von Fluoriden und diversen Fluorkomplexsalzen (z. B. Natriumfluorid, Natriumhexafluoraluminat = Kryolith, etc.) anzutreffen ist. Mit fast allen anderen Elementen bildet Fluor spontan Verbindungen; selbst mit den Edelgasen Xenon, Radon und Krypton. Nach dem Vorkommen in der Erdrinde steht es an 17. Stelle. Eine Anwendung findet es in vielen Bereichen, so z. B. bei der nukleartechnischen Urananreicherung (UF 6 ), der Aluminiumherstellung, in Raketenantrieben als Oxidationsmittel, bei der Veredlung von Polyethylen, das durch Fluor beständiger gegen organische Lösungsmittel wird, und auch in der pharmazeutischen Industrie (u. a. 5-Fluoruracil als Zy- 8 Deutscher Ärzte-Verlag, Köln Oralprophylaxe & Kinderzahnheilkunde 29 (2007) 1

2 Abbildung 1 Grundvoraussetzung der Karies und Kariesprävention. Figure 1 Aetiology of dental caries and caries prevention. Abbildung 2 Einfluss des Fluoridgehaltes im Trinkwasser auf den Kariesbefall und die Fluoroseprävalenz (Hodge 1950). Figure 2 Correlation between fluoride concentration of drinking water and prevalence of dental caries as well as fluorosis (Hodge 1950). Einfluss auf den kariogenen Prozess 1. Kariesprotektiv F, P 2. Schwach kariesprotektiv 3. Zweifelhaft kariesprotektiv Element Mo, V, Cu, Sr, B, Li, Au, Fe Be, Co, Mn, Sn, Zn, Br, I, Y 4. Kariesinert Ba, Al, Ni, Pd, Ti 5. Kariesfördernd Se, Mg, Cd, Pt, Pb, Si Art der Fluoridbindung im Molekül 1. Ionisierbares Fluorid 2. Gebundenes Fluorid 3. Organische Fluoridverbindung Eingesetzte Fluoridverbindung Zinnfluorid, Natriumfluorid, Ammoniumfluorid, Natriumsilicofluorid, Titanfluorid, Kalziumfluorid Natriummonofluorphosphat, Ammoniummonofluorphosphat Aminfluorid, Fluorsilan, F-freisetzende Polymere Applikation Kariesreduktion 1. Trinkwasserfluoridierung % 2. Salzfluoridierung % 3. Tablettenfluoridierung % 4. Zahnpasten % 5. Spülungen % 6. F-Gel (26 x pro Jahr) 40 % 7. F-Gel (4 x pro Jahr, Tray) 27 % 8. F-Lack (2 x pro Jahr) % Tabelle 1 Kariespräventive Wirkung der Elemente. Table 1 Caries preventive effect of various elements. Tabelle 2 Zur Kariesprävention häufig eingesetzte Fluoridverbindungen. Table 2 Fluoride compounds used for caries preventive measures. Tabelle 3 Kariesreduktion durch unterschiedliche Fluorid-Applikationsformen vor dem allgemeinen Kariesrückgang. Table 3 Caries preventive effect caused by different applications of fluoride before the caries decline. tostatikum, Fluoride zur Kariesprävention, Tab. 2). In Form seiner Salze, der so genannten Fluoride, ist Fluor weit verbreitet und u. a. auch im Trinkwasser anzutreffen (0,02 bis 1,8 mg/l F - ). Zur Herstellung von gasförmigem Fluor oder Fluoridchemikalien dient hauptsächlich Flussspat (CaF 2 ), der dazu in Schwefelsäure aufgelöst wird. Erhebliche Mengen fallen auch bei der Herstellung von Phosphorsäure als Fluorkieselsäure an, die in den USA direkt zur Trinkwasserfluoridierung eingesetzt wird. Der kariesprotektive Effekt des Fluoridions wurde im Zusammenhang mit der systemischen Aufnahme aus dem Trinkwasser entdeckt (s. o.), während heute die Grenzfläche Zahnschmelz dentale Plaque Speichel als bedeutendster lokaler Wirkort angesehen wird (Abb. 3). Das Spurenelement hat nach dem aktuellen Erkenntnisstand drei Effekte, die an der Zahnoberfläche ablaufen und mit den nachfolgend dargestellten chemischen Umwandlungen des Apatits mit Fluorid in Zusammenhang stehen. In situ führen bereits Konzentrationen von > 50 ppm F zur Ausbildung einer Calciumfluorid-Deckschicht auf der Schmelzoberfläche (Reaktion 1), die nur langsam abgelöst wird, da diese Deckschicht durch Speichelbestandteile mit einer Proteinschicht überzogen, zusätzlich phosphatangereichert und damit schwer löslich wird 4 Kariespräventive Wirkung der Fluoride Oralprophylaxe & Kinderzahnheilkunde 29 (2007) 1 9

3 Abbildung 5 F-Konzentration in Plaque und Speichel, Enolasehemmung durch Fluorid und andere antibakterielle Effekte. Figure 5 F-concentrations of dental plaque and saliva. Inhibition of enolase by fluoride and other antibacterial effects. Abbildung 3 Aktuelle Ansicht zu den kariespräventiven Wirkorten des Fluorids. Figure 3 Main sites of the caries preventive effects of fluoride. Abbildung 4 CaF 2 -Partikel auf der Schmelzoberfläche nach Lokalapplikation (nach Petzold, Halle). Figure 4 CaF 2 -globules at the enamel surface after topical application of fluoride (by Petzold, Halle). (Abb. 4). Die Folge ist ein Fluoridreservoir mit hoher Substantivität an der Schmelzoberfläche, das Fluorid zur Remineralisation und Calcium zur Neutralisation bei Säureattacken zur Verfügung stellen kann. Die Calciumfluoriddeckschicht bildet auf der Zahnoberfläche ein lange verfügbares Depot an Fluoridionen zur Remineralisation. 5 Lokale Wirkung der Fluoride Die weiteren Wirkprinzipien des Fluorids sind: 1. Schmelzhärtung In den Schmelzapatit eingelagertes Fluorid führt zu einer geringeren Löslichkeit des Minerals. Mineralogisch auf der Härteskala nach Mohs ist der Fluorapatit eigentlich nicht härter. In der Regel werden unter klinischen Bedingungen nur bis zu 10 % der OH-Gruppen im Apatit isomorph substituiert. F hat fast den gleichen Ionenradius wie OH. Es entsteht ein Gemisch, das als Fluorhydroxyapatit bezeichnet wird. Die reduzierte Löslichkeit des Fluorapatits gegenüber dem Hydroxylapatit prägte lange Zeit die Vorstellungen über die Fluoridwirkung, so dass auch heute noch vereinfachend die Fluoridverabreichung mit der Zielstellung der Resistenzsteigerung der Zahnhartgewebe ( Schmelzhärtung ) in Verbindung gebracht wird. 2. Plaquekontrolle Das Fluoridion ist ein starker Enzyminhibitor, so dass es den bakteriellen Plaquestoffwechsel, vor allem die Enolase der Glykolyse, bei ausreichend langer Verfügbarkeit in hohen Konzentrationen (mindestens 10ppm F) hemmt (Abb. 5). In der Mundhöhle, insbesondere im Speichel, sind diese Bedingungen nicht langzeitig garantiert. In der Plaque kann es jedoch zu Anreicherungen kommen, auch wenn das Fluorid dort nur teilweise ionisiert, also bioverfügbar, vorliegt. Die Permeation des Fluorids in die Bakterienzelle erfolgt unter den sauren Bedingungen der Plaque als HF, das bei neutralem intrazellulären ph-wert wieder dissoziiert und neben dem F-Einstrom in die Bakterienzelle dort zu einer ph-verschiebung ins Saure führt. 3. Remineralisation Die geringere Löslichkeit fluoridhaltigen Apatits bewirkt beim Auflösen des Zahnschmelzes und bei gleichzeitiger Anwesenheit von F- Ionen unter der dentalen Plaque eine sofortige Wiederausfällung von Calciumsalzen als Fluorapatit. Bei diesem Vorgang ist Fluorid Substrat der Reaktion, denn es tritt an die Stelle der un- 10 Oralprophylaxe & Kinderzahnheilkunde 29 (2007) 1

4 Abbildung 6 Empfehlung zur Kariesprophylaxe mit Fluoriden (bei einem F-Gehalt des TW von 0,3 ppm F). Figure 6 Recommendation of measures of fluoride application for caries prevention (water fluoride 0,3 ppm F). Abbildung 7 Fluoridgehalt in der Plaque nach dem Zähneputzen mit einer fluoridhaltigen oder fluoridfreien Zahnpaste sowie die Kinetik der F-Konzentration nach dem Zähneputzen über 12 Stunden. Figure 7 F-concentration of dental plaque after toothbrushing with fluoride containing or fluoride free toothpaste and clearance up to 12 hours subsequently. Mengenanteil Bestandteil % Putzkörper % Feuchthaltemittel % Bindemittel % Tenside % Geschmacks- und Farbstoffe 6. bis 1 % Konservierungsmittel % Wasser 8. plus pharmakologische Zusätze Tabelle 4 Grundzusammensetzung der Zahnpasten. Table 4 Basic composition of toothpastes. ter sauren Bedingungen kaum verfügbaren Hydroxylionen, die zur Rekristallisation des Apatits essentiell benötigt werden. Letzterer Vorgang ist der bedeutsamste Effekt der kariesprotektiven Fluoridwirkung und hat zu der Empfehlung der permanenten Verfügbarkeit niedriger F-Konzentrationen an der Zahnoberfläche geführt. Die kariespräventive F-Verabreichung ist gleichermaßen auf die Ausbildung von Fluorapatit im Schmelz wie von Calciumfluorid auf der Schmelzoberfläche gerichtet. Fluorid wirkt kariespräventiv hauptsächlich lokal, indem es die Löslichkeit Grad der Abrasivität RDA-Wert 1. sehr wenig abrasiv 0 bis wenig abrasiv 20 bis mittel abrasiv 40 bis stark abrasiv 60 bis sehr stark abrasiv über 80 Tabelle 5 Abrasivität (RDA) von Zahnpasten. Table 5 Abrasion (RDA) of toothpastes. des Apatits senkt, die Remineralisation fördert und den Stoffwechsel der dentalen Plaque hemmt. 6 Anwendungsempfehlungen für Fluoride Die aktuelle Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde (DGZMK) zur Kariesprävention mit Fluoriden geht davon aus, dass Fluoride hauptsächlich lokal an der Zahnoberfläche ihre Wirkung entfalten und jede Verabreichung diesem Ziel dienen sollte (Abb. 6), so dass bei der Verabreichung nicht mehr nach systemischer und lokaler Wirkung unterschieden wird, wenn auch die unterschiedlichen Verabreichungsformen nach wie vor erhalten sind. Da in der Vergangenheit das Fluorid mit der Zielstellung systemischer Verabreichung immer die Mundhöhle passierte, wurde dort zwangsläufig ein lokaler Effekt ausgelöst, der allerdings hinsichtlich der Dosierung häufig suboptimal war. Diese Erkenntnis muss ebenso auf die nicht mehr aktuelle Unterscheidung zwischen prä- und posteruptiven Effekten des Fluorids ausgedehnt werden. Die systemische Fluoridzufuhr kann die lokale Fluoridanwendung nicht ersetzen! Es stehen heute zur Verfügung: 1. Zahnpasten und Mundspüllösungen zur regelmäßigen Selbstverabreichung von Fluoriden 2. Gele, Lacke und Fluids als hochkonzentrierte Präparate sowie 3. Tabletten, Kochsalz und fluoridiertes Trinkwasser Die zwischen 1960 und 1980 beschriebene kariespräventive Wirksamkeit einzelner Applikationsformen (Tab. 3) ist heute bei einer solchen Verabreichung durch Überlagerung präventiver Einflüsse und einem damit im Zusammenhang stehenden allgemeinen Kariesrückgang (engl.: caries decline) nicht mehr feststellbar, ohne dass das Fluorid seine Wirkung eingebüßt hätte. Details zur klinischen Wirksamkeit unterschiedlicher Verabreichungsformen sind in der Leitlinie zur Fluoridverabreichung zusammengefasst: zzqpubl.nsf/. Oralprophylaxe & Kinderzahnheilkunde 29 (2007) 1 11

5 Abbildung 8 Monofluorphosphat (MFP) an der Schmelzoberfläche und seine Hydrolyse durch den Apatit selbst oder durch bakterielle Enzyme der Plaque. Figure 8 Monofluorphosphate (MFP) at the enamel surface and its hydrolysis by apatite or bacterial enzymes of dental plaque. Abbildung 9 Schematische Darstellung des Aminfluoridmoleküls. Figure 9 Formula of the molecule of amine fluoride. Wirkung Pharmakologischer Zusatz Agens Gesamtretention (%) Speichelhalbwertszeit (min) 1. Kariesprotektiv Fluoride 2. Plaquehemmend Triclosan, Clorhexidin, Cetylpyridiniumchlorid, Hexitidin, AmF/SnF 2 3. Gingivotrop Vitamin A, das Zellproliferation und Wundheilung fördert 4. Entzündungshemmend Pflanzenextrakte wie Kamille, Aloe, Arnika, Calendula, Hamamelis, Myrrhe, Rosmarin, Salbei Chlorhexidin Tabelle 7 Orale Substantivität von Chlorhexidin (Marsh 2003). Table 7 Oral substantivity of chlorhexidine (Marsh 2003). Altersgruppe Verschluckter Anteil der Zahnpaste bis 4-jährige Kinder 30 % 5. Zahnsteinhemmend Pyro- und Polyphosphate (verhindern die Ausfällung von Kalziumsalzen aus dem Speichel) bis 7-jährige Kinder 15 % bis 13-jährige Kinder 8 % 6. Desensibilisierend KNO 3 (5 10 %) auch Fluoride, Strontiumchlorid, Hydroxylapatit Tabelle 6 Pharmakologische Zusätze zu Zahnpasten. Table 6 Pharmacological additives to toothpastes bis 35-Jährige 4 % Tabelle 8 Verschluckter Zahnpastenanteil in verschiedenen Altersgruppen; Verschluckrate (1 g Zahnpaste = 1 mg F, wenn 1000 ppm F in der Paste). Table 8 Proportion of toothpaste swallowed in different age groups; (1 g toothpaste = 1 mg, if 1000 ppm F in the toothpaste). 7 Lokale Fluoridapplikation 7.1 Zahnpasten Zahnpasten sind definitionsgemäß Zahnund Mundpflegemittel, die der EU-Kosmetikrichtlinie und der deutschen Kosmetikverordnung mit Deklarierungspflicht aller Bestandteile in absteigender Reihenfolge nach dem INCI-System (International Nomenclature of Cosmetic Ingredients) unterliegen. Zahnpasten stellen nach ihren Hauptbestandteilen ein wässriges System mit feinstkörnigem, unlöslichem Putzkörper dar, das zur Prävention von Karies und Gingivitis beiträgt, da beim Zähneputzen an zugänglichen Stellen die Plaqueentfernung signifikant unterstützt wird. Darüber hinaus beinhalten die Zahnpasten, durch die Kosmetikverordnung zugelassen, pharmakologisch wirksame Zusätze, von denen die kariespräventive Wirkung des Fluorids am eindeutigsten nachgewiesen ist (s. u.). Seine Konzentration darf laut Kosmetikverordnung maximal 0,15% (= 1500 ppm) für Erwachsene und 0,05% (= 500 ppm) für Kinder betragen. Die dentale Plaque ist signifikant fluoridreicher, wenn die tägliche Mundhygiene mit einer F-haltigen Zahnpaste erfolgt (Abb. 7). Sieben Tage nach dem Zähneputzen mit einer fluoridfreien Zahnpaste fällt die F-Konzentration von 8 ppm auf 2 bis 3 ppm. Demgegenüber steigert die Anwendung einer F-Paste die Spurenelementkonzentration in der Plaque auf Werte zwischen 20 ppm und 30 ppm unmittelbar nach dem Zähneputzen, die dann zwei bis vier Stunden signifikant erhöht bleibt. Der kariespräventive Effekt korreliert positiv mit zunehmender Fluoridkonzentration in der Zahnpaste, häufigerer Verwendung oder höherer Kariesaktivität. Die fluoridhaltige Zahnpaste sollte demnach wenigstens zweimal täglich für zwei bis drei Minuten (nach dem Frühstück und unmittelbar vor dem Schlafengehen) zum Zähneputzen mit einer Putztechnik von rot nach weiß benutzt werden. Die fegende Putzbewegung sollte oh- 12 Oralprophylaxe & Kinderzahnheilkunde 29 (2007) 1

6 ne Kraftanwendung mit 1 bis 1,5 Newton (100 bis 150 g) erfolgen. Der fluoridbedingte kariespräventive Effekt der Zahnpasten wurde in vielen Studien mit zwischen 20 und 30 % beschrieben. Der lebenslange Gebrauch der Zahnpasten lässt wahrscheinlich einen kumulativ höheren kariostatischen Effekt erwarten. Bei Kindern wird der Gebrauch der fluoridhaltigen Zahnpaste altersabhängig empfohlen. Bis zum sechsten Lebensmonat sollte bei Babys, wenn noch keine Zähne in die Mundhöhle durchgebrochen sind, die Zahnpastenanwendung völlig unterbleiben, da kein lokaler Effekt möglich ist. Nach dem Durchbruch des ersten Zahnes mit etwa sechs Monaten sollte die Mundhygiene mit fluoridhaltiger Zahnpaste dann so früh wie möglich beginnen (Abb. 6). Da Vorschulkinder zwischen 20 bis 40 % Zahnpaste verschlucken, sollte bis zum zweiten Geburtstag nur einmal pro Tag mit einer erbsengroßen Menge einer 500 ppm F enthaltenden Kinderzahnpaste, anschließend bis zum sechsten Lebensjahr zweimal pro Tag auch mit der Kinderzahnpaste und ab dem sechsten Geburtstag zweimal pro Tag mit der Erwachsenenzahnpaste (mit 1000 bis 1500 ppm F) geputzt werden. Die F-Konzentration der Paste wird während des Putzens durch den Speichel etwa 1:3 verdünnt. Nur F-haltige Zahnpasten verfügen über einen kariespräventiven Effekt. Die Fluorid-Selbstapplikation mit Hilfe der Zahnpaste ist kariespräventiv ausreichend wirkungsvoll, wenn sie regelmäßig zweimal pro Tag erfolgt und keine Kariesrisikosituation besteht. Bei Kindern sollte die F-Konzentration der Zahnpaste und ihre Menge altersadäquat eingesetzt werden Zusammensetzung der Zahnpasten Neben Wasser und dem Putzkörper enthält die Zahnpaste eine Reihe weiterer Bestandteile (Tab. 4). Die gebräuchlichsten Putzkörper sind Ca- oder Mg-Carbonat (die früher verwendete Kreide), Di- oder Tricalciumphosphat, unlösliches Na-Metaphosphat, Kieselsäure, Al-Oxid oder Al-Hydroxid, Na-, Al- oder Mg-Silikat oder Kunststoffpartikel (Acrylpartikel). Ihre Funktion besteht in der mechanischen, schmirgelartigen Unterstützung der Belagentfernung (Tab. 5) durch die Zahnbürste; die Reinigungszeit wird durch Zahnpaste um 20 bis 40 % beschleunigt. Die Calciumhaltigen Putzkörper weisen auch unerwünschte Nebenwirkungen auf, denn sie reagieren mit dem Fluoridzusatz und inaktivieren ihn durch CaF 2 -Bildung, so dass aus diesem Grund in der Vergangenheit die Zahnpasten nicht immer genügend ionisiertes, kariespräventiv wirksames Fluorid enthielten. Deshalb wurde Na-Monofluorphosphat in Zahnpasten benutzt, aus dem erst in der Mundhöhle an der Apatitkristalloberfläche oder durch bakterielle Enzyme Fluorid freigesetzt wird (Abb. 8). Bei den modernen Metaphosphat- oder Silikat-Putzkörpern findet diese chemische Inaktivierung des Fluorids nicht mehr statt. Die pharmakologisch wirkenden Zusätze sind in Tabelle 6 zusammengefasst und sollten der Zahnpaste die Zahngesundheit unterstützende Eigenschaften verleihen. Unter den Wirkstoffen mit antibakterieller Aktivität zur Prävention von Gingivitiden ist besonders das Chlorhexidin (CHX) zu nennen, das als 0,1- bis 0,2%ige Lösung die höchste Effektivität entfaltet und deshalb als Goldstandard im Vergleich mit allen anderen Präparaten betrachtet wird. Es verfügt über eine hohe Substantivität, d.h. etwa ein Drittel des zur Mundspülung benutzten CHX verbleibt nach der Spülung an den Oberflächen der Mundhöhle adsorbiert und wird mit einer Halbwertszeit von 60 bis 120 Minuten sehr langsam, antibakterielle Konzentrationen (z.b. 0,19 mg/ml für S. mutans) aufrechterhaltend, freigesetzt (Tab. 7). Als Zusatz zu Zahnpasten ist CHX aber nicht geeignet, da das bipolare, dominant kationische Bisbiguanid einerseits vom Putzkörper adsorbiert und andererseits durch das anionische Tensid der Zahnpaste (Na-Dodecylsulfat) inaktiviert wird. Wenige Versuche, die Zahnpastenkomposition an diese Bedingungen anzupassen, haben bisher nicht den notwendigen Erfolg erbracht. Die Konsequenz dieses Verhaltens von CHX ist die Trennung der Mundhygiene mit Zahnpaste von den Spülungen mit dem antibakteriellen Agens, die mindestens eine halbe bis eine Stunde betragen sollte. Anwendungen unmittelbar nacheinander, unabhängig von ihrer Reihenfolge, führen zum Verlust der antibakteriellen Aktivität des CHX. Nur das nichtionische Tensid Cocamidopropylbetain (z.b. im Meridol eingesetzt) gibt derzeitig die Möglichkeit, ohne Wartezeit Zahnpaste in Kombination mit einer CHX-Spülung zu verwenden. CHX-Spülungen sollten nie früher als 30 Minuten nach einer Mundhygiene mit Zahnpaste durchgeführt werden. Eine gleichzeitige Anwendung von CHX und Fluoriden hat den Wirkungsverlust beider Agenzien zur Folge, so dass heute der Effekt der Kariesprävention mit Fluoriden Priorität genießt. Die benutzten Fluoridzusätze werden nachfolgend ausführlicher beschrieben Fluoridzusätze Zahnpasten verkürzen die Reinigungszeit mit der Zahnbürste und wirken durch ihren Fluoridzusatz kariespräventiv. Die meisten Zahnpasten sind heute fluoridiert (z.b. 80% der US-Zahnpasten, 90% in UK). Die Fluoridverbindungen, die am häufigsten in Zahnpasten eingesetzt werden, sind Natrium-Monofluorphosphat, Natriumfluorid, Zinnfluorid oder Aminfluorid, denen in dieser Reihung ein zunehmender kariespräventiver Effekt zugeschrieben wird. Die Unterschiede lassen sich aber statistisch nicht verifizieren, zumal selten identische Fluoridkonzentrationen, ph- Werte und Begleitstoffe zum Wirkungsvergleich zur Verfügung stehen. Außerdem wird die Effektivität der Zahnpaste wesentlicher durch die Häufigkeit und Qualität der Mundhygiene beeinflusst. Wichtig ist jedoch in diesem Zusammenhang der Hinweis, dass Kinderzahnpasten nicht unter 500 ppm Fluorid enthalten sollten. Die Wirksamkeit von Zahnpasten mit niedrigerem Fluoridgehalt (250 bis 500 ppm) ist bisher klinisch nicht ausreichend gesichert; die dazu vorliegenden Ergebnisse sind uneinheitlich. Durch die Kosmetikverordnung werden 19 verschiedene Fluoridverbindungen als Zusatz zur Zahnpaste erlaubt, die in einer Konzentration für Erwachsene bis 1500 ppm F (= 0,15 %) in der Zahnpaste enthalten sein dürfen. Eine abweichende Fluoridverbindung oder höhere Dosierung machen eine solche Paste zu einem Medizinprodukt oder Arzneimittel. In den USA sind maximal 1000 ppm F (= 0,10 %) zugelassen. Auf Grund der Verschluckraten der Zahnpaste durch Kinder (Tab. 8) und des süßen Geschmacks einiger Produkte wurde die Konzentration für Kinderzahnpasten Oralprophylaxe & Kinderzahnheilkunde 29 (2007) 1 13

7 SUMMARY Caries prevention with fluorides Part I: Chemistry, mode of action and application of toothpastes The following review consisting of two parts summarises the current knowledge on caries prevention with fluorides, their chemistry and biochemistry as well as the caries protective effects of this trace element. Furthermore recommendations were included for different measures of fluoride application; the self-application with toothpaste containing different fluoride compounds and varnishes or gels with high fluoride were also mentioned. The internal systemic fluoride administration by fluoridation of salt, with tablets or water was pointed out in correspondence with the current position. In this regard the fluoride metabolism and toxicology were referred to. Keywords: fluorides, caries prevention, review, kinds of application, F-uptake, F-toxicology (bis sechs Jahre) mit 500 ppm F festgelegt, um Dentalfluorosen vorzubeugen, die bei Kindern durch das Verschlucken zu hoher F-Mengen bis zum Abschluss der Amelogenese entstehen können (bis zum achten Lebensjahr). Natriumfluorid (NaF; 0,24% = 0,11% F) ist heute die am häufigsten eingesetzte Fluoridverbindung, da sie fast vollständig dissoziiert und das Fluorid damit auch zum überwiegenden Teil bioaktiv ist. Der kariesprotektive Effekt korreliert mit der eingesetzten F-Konzentration (500 bis 1500 ppm F), was experimentell sogar über der zulässigen Höchstmenge (bis 2800 ppm F) nachweisbar war. Diese F- Verbindung ist gut löslich, verursacht keine Verfärbungen, ist ph-neutral und chemisch stabil. Das Natrium-Monofluorphosphat (Na 2 PO 3 F, abgek.: Na-MFP; 0,76% entspricht 0,1% F) enthält an Stelle einer der drei Hydroxylgruppen ein Fluoratom kovalent an Phosphor gebunden, so dass in einer wässrigen Lösung prinzipiell keine F- Ionen vorhanden sind (Abb. 8). Diese werden erst durch bakterielle Enzyme der Plaque oder durch hydrolytische Spaltung an der Apatitoberfläche zur kariespräventiven Wirkung freigesetzt. Deshalb war MFP wie keine andere Verbindung zum Einsatz mit Ca-haltigen Putzkörpern in den Zahnpasten der Vergangenheit besonders geeignet. Anderenfalls reagiert Calcium mit Fluorid und die Ausfällung von schwer löslichem Calciumfluorid ist die Folge. Erst die neueren Ca-freien Putzkörper haben den Einsatz von ionisiertem Fluorid (z. B. NaF) in der Zahnpaste ermöglicht. MFP ist mischbar mit Ca-Putzkörpern, enthält in der Regel nur Spuren von NaF (1%) und bildet bei Wechselwirkungen mit der Schmelzoberfläche nie eine CaF 2 -Deckschicht. Zinnfluorid (SnF 2 ; 0,41% = 0,10% F) wurde bereits 1955 in den USA als erste F- Verbindung in Zahnpasten ( Crest ) eingesetzt, wurde aber damals durch Luftsauerstoff oxidiert, verfärbte die Pasten schwarz und löste die metallischen Tuben punktförmig (Lochfraß) auf. Der adstringierende, metallische Beigeschmack ist in modernen Formulierungen galenisch kompensiert, so dass neben dem kariespräventiven Fluorideffekt auch die antibakterielle Zinnaktivität zur Wirkung kommt (z. B. in dem AmF/SnF 2 -Präparat Meridol). Aminfluoride (AmF) stellen eine weitere Fluoridverbindung zur Lokalapplikation dar, bei denen es sich um eine Gruppe langkettiger organischer Amine handelt. Ein Teil des AmF-Moleküls, das als schwache organische Base anzusehen ist, hat kationischen (positiven) Charakter und trägt zum Ladungsausgleich das ebenfalls polare (negative) Hydrofluorid (HF). Diesem hydrophilen, polaren Teil des organischen Moleküls steht die apolare Kette gegenüber, woraus die Oberflächenaktivität des Moleküls resultiert (Abb. 9). Beim Olaflur in den Zahnpasten handelt es sich um ein Monoamin-Monohydrofluorid, d. h. ein F-Ion pro organisches Molekül. Das zusätzlich im elmex gelée befindliche Dectaflur stellt ein Diamin-Dihydrofluorid dar. Auf Grund der chemischen Eigenschaften zeigen die Aminfluoride eine schnelle Verteilung auf den Zahnoberflächen, fördern die Fluoridaufnahme, haben auf die Plaque einen zusätzlichen antiglykolytischen Effekt und unterstützen die Bildung eines Fluoriddepots auf dem Zahnschmelz. Der schwach saure ph-wert von 4,5 bis 5,0, bei dem diese Substanzen in Lösung stabil sind, fördert die Wechselwirkung mit dem Zahnschmelz. Bei dieser Reaktion wird ein länger verfügbares Fluoriddepot gebildet als durch fluoridhaltige Zahnpflegemittel mit neutralem ph-wert. Die AmF- Verbindungen haben durch ihre Oberflächenaktivität und den leicht sauren ph- Wert ein hohes Fluoridierungspotential des Hartgewebes und werden deshalb nicht nur in Zahnpasten, sondern auch in Gelen und Fluids eingesetzt. Literatur 1. Hellwig E, Klimek J, Attin T: Einführung in die Zahnerhaltung. 3., neu bearb. Aufl., München: Urban & Fischer, Fejerskov O, Kidd E: Dental caries: the disease and its clinical management. Oxford: Blackwell Munksgaard, Fejerskov O, Ekstrand J, Burt BA: Fluoride in dentistry. 2. ed., Copenhagen: Munksgaard, König KG: Karies und Parodontopathien: Ätiologie und Prophylaxe. Stuttgart: Thieme, Das Dental Vademekum 8 (DDV 8): Qualitätsmanagement beim Einsatz vom Dentalprodukten, 8. Aufl., Köln: Deutscher Zahnärzte Verlag, 2004 weitere Literatur beim Verfasser Korrespondenzadresse: Prof. Dr. Dr. Lutz Stößer Poliklinik für Präventive Zahnheilkunde des Zentrums für Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde des Klinikums der Friedrich-Schiller- Universität Jena Bachstraße Jena 14 Oralprophylaxe & Kinderzahnheilkunde 29 (2007) 1