フッ化物がどのように歯科エナメル質を脱灰から保護するか

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J Int Soc Prev Community Dent.2020 Mar-Apr;10(2):134-141. JISPCD-10-134. doi: 10.4103/jispcd.JISPCD_406_19.Epub 2020-04-02.

フッ化物がどのように歯科エナメル質を脱灰から保護するか

How Fluoride Protects Dental Enamel from Demineralization.

James Patrick Simmer
Nina C Hardy
Afriti F Chinoy
John D Bartlett
Jan C-C Hu

PMID: 32670900 PMCID: PMC7339990. DOI: 10.4103/jispcd.JISPCD_406_19.

抄録

序章:

フッ化物(F)がどのようにしてう蝕から歯のエナメル質を保護するかは、ここでは、無数の資格の中でそれらを不明瞭にすることなく、本質的な原理を正確に伝える単純化された近似値を作ることによって、歯科医療提供者に伝えられています。

Introduction: How fluoride (F) protects dental enamel from caries is here conveyed to dental health-care providers by making simplifying approximations that accurately convey the essential principles, without obscuring them in a myriad of qualifications.

材料と方法:

歯科エナメル質は、化学式Ca(PO)(OH)を持つ疎溶性イオン性固体であるカルシウムヒドロキシアパタイト(HAP)から構成されていると考えられています。

Materials and Methods: We approximate that dental enamel is composed of calcium hydroxyapatite (HAP), a sparingly soluble ionic solid with the chemical formula Ca(PO)(OH).

結果:

イオン性固体を一緒に結合する静電力はクーロンの法則によって記述されており、反対の電荷間のアトラクションは、それらの分離が減少するにつれて大きく増加することを示しています。比較的大きなリン酸イオン(PO)がHAPの構造を支配しています。より小さなCaイオンとOHイオンは、リン酸塩の間の小さな空間(インタースティッス)に収まり、密充填構造をわずかに拡大します。FイオンはOHイオンよりも小さいので、FをOHイオンに置き換えることで、同じ数のイオンをより小さな体積に詰め込むことができ、吸引力を高めることができます。歯科崩壊は、溶解度平衡Ca(PO)(OH) (s)⇔10Ca(aq)+6PO(aq)+2OH(aq)を溶解に傾けることで起こる。HAPは、そのイオン濃度の積である[Ca]×[PO]×[OH]がHAPの溶解度積定数(Ksp)を下回ると溶解します。

Results: The electrostatic forces binding ionic solids together are described by Coulomb's law, which shows that attractions between opposite charges increase greatly as their separation decreases. Relatively large phosphate ions (PO) dominate the structure of HAP, which approximates a hexagonal close-packed structure. The smaller Ca and OH ions fit into the small spaces (interstices) between phosphates, slightly expanding the close-packed structure. F ions are smaller than OH ions, so substituting F for OH allows packing the same number of ions into a smaller volume, increasing their forces of attraction. Dental decay results from tipping the solubility equilibrium Ca(PO)(OH) (s) ⇔ 10Ca (aq) + 6PO (aq) + 2OH (aq) toward dissolution. HAP dissolves when the product of its ion concentrations, [Ca]×[PO]×[OH], falls below the solubility product constant (Ksp) for HAP.

結論:

そのコンパクトな結晶構造のため、フルオロアパタイト（FAP）のKspはHAPのKspよりも低く、そのイオン生成物である[Ca]×[PO]×[F]は、脱灰が起こる前にさらに低下しなければなりません。エナメル質を取り囲む流体のpHを下げると、[PO]が大幅に減少します（HAPとFAPのイオン生成物を等しく低下させます）が、[OH]は[F]よりもはるかに急速に低下するので、FAPはより良い酸の攻撃に抵抗します。

Conclusion: Because of its more compact crystal structure, the Ksp for fluorapatite (FAP) is lower than the Ksp for HAP, so its ion product, [Ca]×[PO]×[F], must fall further before demineralization can occur. Lowering the pH of the fluid surrounding enamel greatly reduces [PO] (lowering the ion products of HAP and FAP equally), but [OH] falls much more rapidly than [F], so FAP better resists acid attack.