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Seit vielen Jahren sind Fluoride auf Grund der kariesprotektiven Wirkung vor allem als Zusatz in Zahnpasten buchstäblich in aller Munde. Obwohl viele der Fluorid-Wirkmechanismen eingehend untersucht sind, ist nach wie vor eine unklare Vorstellung zu dieser Thematik weit verbreitet. Dieser Artikel vermittelt deshalb einen kurzen Überblick über die Wirkweise von Fluoriden und stellt zusätzlich die gebräuchlichsten Fluorverbindungen vor.

Fluorid wirkt auf vielfache Art und Weise kariesprotektiv. Es fördert nicht nur die Remineralisation, sondern hemmt auch die Demineralisation. Darüber hinaus bewirkt auch der Einbau von Fluorid in das Kristallgitter des Hydroxylapatits, dem Hauptbestandteil der Zahnhartsubstanz, einen gewissen Schutz vor Säureangriffen. Zusätzlich verändert Fluorid die Oberflächeneigenschaften des Schmelzes. Fluorid kann auch einen direkten Effekt auf Mikroorganismen der Plaque entfalten. Die kariesprophylaktische Bedeutung dieser Wirkmechanismen ist jedoch sehr unterschiedlich.

Hemmung der Demineralisation
Bei der Lokalapplikation von Fluorid bildet sich – abhängig vom pH-Wert, der Art der Fluoridverbindung und der Fluoridkonzentration – ein kalziumfluoridhaltiger Niederschlag auf der Zahnoberfläche, welcher anschließend von Speichelbestandteilen bedeckt wird. Aus diesem Präzipitat diffundieren geringe Mengen an Fluorionen einige Mikrometer in die Zahnhartsubstanz hinein und reichern sich in der Flüssigkeit zwischen den Kristalliten der Zahnhartsubstanz an. Die Hydroxylapatitkristalle werden so mit einer Schicht adsorbierter Fluorionen umhüllt, wodurch sie Eigenschaften des schwerlöslichen Fluorapatits erhalten und bei säurehaltigen Angriffen besser geschützt sind. Der schützende Einfluss des Fluorids auf die Zahnhartsubstanz ist jedoch nicht unbegrenzt und bei anhaltendem Säureangriff und weiter sinkendem pH-Wert braucht sich dieser Schutz auf, sodass die Kristallite trotzdem in Lösung gehen. Aus diesem Grunde wird die regelmäßige Erneuerung der schützenden Kalziumfluoriddeckschicht für notwendig erachtet; dies geschieht durch die hochfrequente Anwendung niedrig dosierter Fluoride (täglich mehrmaliges Zähneputzen mit fluoridhaltiger Zahnpasta). Der beschriebene Mechanismus stellt die kariesprotektive Hauptwirkung der Fluoride dar.

Förderung der Remineralisation
Fluorid beeinflusst auch die anschließende Remineralisationsphase positiv. Auf Grund seiner geringeren Löslichkeit fällt bei wieder steigendem pH-Wert zunächst Fluorapatit in kristalliner Form aus. Weitere Apatitformen (z.B. Hydroxylapatit) präzipitieren erst bei weiter gestiegenem pH-Wert. Neben der Tatsache, dass Fluorid als Reaktionspartner fungiert, kann es auch als Katalysator bei der Entstehung von Apatitkristallen förderlich sein. Die Anwesenheit von Fluorionen bewirkt somit auch eine Verkürzung der Demineralisationsperioden. Das entstehende fluoridhaltige Apatit ist stabiler als das ursprüngliche Hydroxylapatit, da diese Kristallite säureresistenter sind.

Fluorid in der Zahnhartsubstanz
Da Fluorapatit wesentlich schwerer löslich ist (als Hydroxylapatit) und dadurch einem Säureangriff besser widerstehen kann, erscheint es aus kariesprophylaktischen Gründen prima vista naheliegend, möglichst viel Fluorid in die Zahnhartsubstanz zu inkorporieren. Dieser Ansatz wird mit der systemischen Fluoridgabe verfolgt, welche zum Ziel hat, bei Kindern die Zahnhartsubstanz präeruptiv mit einem möglichst hohen Anteil an Fluorapatit auszustatten. Jedoch zeigte sich, dass durch systemische Zufuhr von Fluorid nur etwa 10% der Hydroxylionen des Apatits durch Fluorid substituiert werden. Eine höhere Dosierung der systemischen Gabe erscheint nicht sinnvoll, da dies zu unerwünschten Wirkungen (wie dem Auftreten einer Fluorose) führen kann. Bei Experimenten mit Haifischzähnen, die einen extrem hohen Anteil an Fluorapatit aufweisen, entwickelten sich im klinischen Versuch vergleichbare kariöse Läsionen wie an menschlichem Schmelz. Interessanterweise war das Ausmaß der Läsionen am Haifischzahn im Vergleich zu humanem Zahnmaterial sogar ausgeprägter, wenn Letzteres mit fluoridhaltigen Mundspüllösungen gespült wurde. Dies zeigt, dass vom kariespräventiven Standpunkt nicht der Gehalt an Fluorapatit in der Zahnhartsubstanz ausschlaggebend ist, sondern die Anwesenheit kleiner Mengen von Fluorid in Phasen der De- und Remineralisation.

Beeinflussung der Zahnoberfläche
Die Initialanheftung oraler Bakterien an fluoridvorbehandeltem Schmelz ist verringert. Dies liegt zum einen an der Tatsache, dass Fluoride die freie Oberflächenenergie herabsetzen, so ist z.B. die eiweißbindende Kapazität des Fluorapatits geringer als die des Hydroxylapatits. Zum anderen verfügen Fluoride über eine hohe Affinität zu Kalzium und stören damit die Bildung von Kalziumbrücken zur Bakterienoberfläche.

Wirkung auf Bakterien
Neben der Störung der Anlagerung von Bakterien an den Zahn entfaltet Fluorid auch eine direkte Wirkung auf Bakterien der Plaque. Die Säuretoleranz der Plaqueorganismen wird vermindert, und innerhalb der Bakterienzelle werden Stoffwechselvorgänge gestört. Insbesondere wird das Enzym Enolase gehemmt. Daraus resultiert eine Unterdrückung der Bildung von Milchsäure, der Einschleusung von Glukose in die Bakterienzelle sowie der intrazellulären Synthese von Polysacchariden. Dennoch beeinflussen die meisten Fluorverbindungen in klinisch relevanten Dosen Plaquewachstum und -menge nur in geringem Maße. Eine Ausnahme stellen hier Amin- oder Zinnfluorid dar.

Fluorverbindungen
In der präventiven Zahnheilkunde sind mehrere verschiedene Fluorverbindungen verbreitet, woraus fast alle ionischer Natur sind. Lediglich Natriummonofluorphosphat stellt eine kovalente Verbindung dar. Diese Vielzahl liegt vornehmlich darin begründet, dass manche Fluorverbindungen zum einen relativ schlecht in Mundhygieneartikel stabilisiert werden können; zum anderen versuchte man durch den Gebrauch geeigneter Kationen synergistische Effekte zu erzielen.
 

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Natriumfluorid
Natriumfluorid (NaF) ist eine sehr einfache Fluorverbindung und das Kation entfaltet keinerlei zusätzliche Wirkung. Die kariesprophylaktische Wirkung ist außerordentlich gut dokumentiert, und Natriumfluorid findet sich heute in einer Vielzahl von Mundhygieneartikeln. Allerdings ist Natriumfluorid schlecht verträglich mit bestimmten Abrasivstoffen, wie sie früher in Zahnpasten verwendet wurden. Diese meist kalziumhaltigen Abrasivstoffe können Natriumfluorid inaktivieren; jedoch ist eine solche Reaktion bei modernen Abrasivstoffen nicht mehr zu befürchten.

Abb. links Freiliegender Zahnhals mit verfärbten und leicht erweicheten Arealen.

Abb. rechts Gleiche Situation wie in Abb. links nach Auftragen eines hochkonzentrierten Natriumfluoridlacks.

Natriummonofluorphosphat
Das Problem der Kompatibilität mit Abrasivstoffen ist bei der kovalenten Verbindung Natriummonofluorphosphat nicht gegeben. Diese Verbindung ist sehr stabil, weshalb die Reaktion mit der Zahnhartsubstanz auch prinzipiell anders verläuft als bei ionischen Fluorverbindungen. Natriummonofluorphosphat diffundiert an und in den Zahnschmelz und wird dort gegen Phosphat aus dem Apatitkristall ausgetauscht. Plaque- oder Speichelenzyme bzw. ein Säureangriff bewirken dann eine Hydrolyse des Natriummonofluorphosphats, wodurch Fluorid freigesetzt wird. Der weitere Reaktionsablauf ist dann analog zu dem des ionisch gebundenen Fluorids. Da Natriummonofluorphosphat sehr viel langsamer als ionisch gebundenes Fluorid in die Zahnhartsubstanz diffundiert, resultiert dadurch eine vergleichsweise geringe Fluoridanreicherung nach Applikation von Natriummonofluorphosphat. Dies ist allerdings nur bei gesunder Zahnhartsubstanz zu beobachten, wohingegen bei demineralisierten Arealen die Art der Fluoridverbindung keine entscheidende Rolle spielt. Generell ist hierzu anzumerken, dass die Anreicherung von Fluorid bei gesunder Zahnhartsubstanz bei allen Fluorverbindungen nur von kurzer Dauer ist, da das Fluorid relativ schnell wieder in den Speichel diffundiert.

Aminfluoride
Aminfluoride wurden im Rahmen großer Versuchsreihen mit Trägermolekülen entwickelt, welche durch detergierende und diffusionsbeschleunigende Eigenschaften die Fluorideinlagerung in die Zahnhartsubstanz verbessern sollten. Diese Trägermoleküle bestehen aus aliphatischen Aminen, welche namensgebend waren; tatsächlich lagern sich die Aminfluoride an der Schmelzoberfläche rasch an und bewirken besonders hohe Fluorideinbauraten. Aminfluoride weisen darüber hinaus eine bakterizide Wirkung auf, welche auf die Aminkomponente zurückzuführen ist. Vermutlich kommt es in Anwesenheit von Aminfluorid unter anderem zu irreversiblen Veränderungen der Bakterienzellmembranen und im Zusammenhang mit dem Fluorid zu synergistischen Effekten bei der Störung des bakteriellen Kohlenhydratmetabolismus. Dadurch werden Polysaccharidsynthese und Säurebildungsvermögen von Plaquestreptokokken gestört. Da Aminfluoride dem Verhaltensmuster kationenaktiver Tenside folgen, ist es möglich, in aminfluoridhaltigen Zahnpasten auf den Zusatz von weiteren Tensiden, wie beispielsweise Natriumlaurylsulfat, zu verzichten.

Zinnfluorid
Eines der in der Frühzeit der fluoridhaltigen Zahnpasten besonders häufig verwendeten Fluoride ist das Zinnfluorid. Da Fluoridzahnpasten zu diesem Zeitpunkt noch nicht üblich waren, konnten damals zur Einführung dieses Produkts mehrere große klinische Studien mit fluoridfreien Zahnpasten als Kontrollgruppe durchgeführt werden. In diesen Studien zeigte sich klar die kariesprophylaktische Überlegenheit (zinn)fluoridhaltiger Produkte. Zinnfluorid induziert ebenfalls die Bildung von Kalziumfluorid, und auch eine Fluoridaufnahme in den Schmelz ist zu beobachten. Jedoch ist die Fluoridaufnahme deutlich geringer als nach Einwirkung anderer ionischer Fluorverbindungen, was möglicherweise an der Bildung zusätzlicher zinnhaltiger Präzipitate liegt. Positiv ist jedoch, dass Zinnionen sowohl die Adsorption von Bakterien an der Zahnoberfläche als auch die Ko- und Adhäsion von Bakterien untereinander behindern. Zusätzlich hat Zinnfluorid eine antibakterielle Wirkung, die zum einen in einem destabilisierenden Einfluss auf die Bakterienmembran, zum anderen in einer direkten Wirkung auf bakterielle Enzymsysteme begründet ist. Trotz dieser positiven Eigenschaften, welche vor allem in der Parodontologie und bei Zahnhalsüberempfindlichkeiten von Bedeutung sind, spielt Zinnfluorid in Zahnpflegeprodukten zurzeit nur eine untergeordnete Rolle. Neben dem Auftreten von unerwünschten Verfärbungen ist Zinnfluorid vor allem relativ schwierig zu stabilisieren. Aus Stabilitätsgründen wird Zinnfluorid deswegen nur noch als wasserfreies Glyzerinpräparat oder in Kombination mit Aminfluorid angeboten.

Andere Fluoride
Angesäuertes Phosphatfluorid (APF) ist eine Natriumfluoridzubereitung mit einem Gehalt von 1,2 % Fluorid, welches durch den Zusatz von Phosphorsäure auf einen pH-Wert von 3,2 gebracht wurde. Durch den ätzenden Effekt soll das Fluoriddepot am Zahn vergrößert werden, wobei allerdings auch Komposite, Kompomere und Keramiken durch APF angeätzt werden können. APF ist vor allem im anglo-amerikanischen Raum als Intensivfluoridierungspräparat verbreitet, wird aber auch in Deutschland vertrieben. Die Diskrepanz hinsichtlich des Marktanteils ist möglicherweise darin begründet, dass in Deutschland auch Aminfluoride zur Intensivfluoridierung herangezogen werden, welche in den USA jedoch nicht zugelassen sind. Des Weiteren ist im Handel noch ein saurer Difluorosilanlack auf Polyurethanbasis erhältlich, welcher nur 0,1 % Fluorid enthält, aber ähnlich kariesprotektive Eigenschaften wie wesentlich höher konzentrierte Fluoridlacke entfalten soll. Vorteilhaft ist, dass es nach Auftragen dieses Lackes zu keinen gravierenden ästhetischen Einbußen kommt, wie sie bei anderen Lacken üblich sind.

Applikationsformen
Fluoride können systemisch oder lokal zugeführt werden. Die systemische Zufuhr erfolgt in Deutschland über Tablettengabe oder Salzfluoridierung, ist im Ausland aber auch über Trinkwasserfluoridierung oder Milchfluoridierung üblich. Als lokale Darreichungsformen bieten sich Fluoridspüllösungen, Fluoridzahnpasten oder -gele an. Zusätzlich kann von zahnärztlicher Seite noch eine professionelle Applikation hochkonzentrierter Gele oder Lacke erfolgen. In der Literatur finden sich hinsichtlich der Wirksamkeit dieser Applikationsformen sehr unterschiedliche Angaben. Dies ist darin begründet, dass zum einen das Studiendesign sehr unterschiedlich sein kann. Zum anderen ist der kariesreduzierende Effekt auch von patientenbezogenen Faktoren, wie Compliance, Mundhygiene und der individuellen Kariesanfälligkeit abhängig.

Zusammenfassung
Fluoride weisen eindeutig eine kariesprophylaktische Wirkung auf. Der durch systemische Gabe beabsichtigte präeruptive Kariesschutz ist geringer einzuschätzen als der posteruptive Effekt durch lokale Fluoridierungsmaßnahmen. Vor allem die lokale Anwesenheit von Fluoride führt zur Hemmung der Demineralisation und Förderung der Remineralisation, was als kariesprophylaktischer Hauptwirkungsmechanismus zu sehen ist. Es gibt mehrere Fluorverbindungen, die verschiedene Vor- und Nachteile aufweisen. Die Auswahl des geeigneten Fluorids sollte sich deshalb an der Gesamtsituation des Patienten orientieren.

Autoren: Dr. Alexandra Rieben, Prof. Dr. Andrej M. Kielbassa/Berlin

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