background image

Theories  of caries reduction  by fluoride: 

Lec.4                                                                        Dr.Jihan  Abdulhussein 

The precise and complete mechanisms of actions of F in relation  to dental 
caries are not fully  understood. There are three theories present 
explaining  the role.  

1st theory (pre eruptive theory):  

This is a widely  accepted theory claims that when F is taken during  the 
period of tooth formation it may cause changes in composition and 
morphology of teeth. Fluoride ion may replace the hydroxyl group of the 
hydroxyl apatite  crystal forming  a new crystal known as fluoroapatite 
crystal. 

 

Ca10 (PO4)6 OH2 + 2F-      

   Ca10 (PO4)6 F2+ 2OH- 

This reaction is irreversible  that is to say once fluoroapatite  crystal is 
formed it will  remain  so for the life  time.  The new crystal is more stable 
and less soluble, and more resistance to acid dissolution. Thus fluoride 
improves the crystallinaty  of teeth. These teeth have more rounded cusps 
and shallower  pits and fissures, thus reduce the predisposing factor for 
dental caries.  
Ingestion of fluoride  in the pre eruptive  stage will  allow  the incorporation 
of F in the whole enamel  and dentin.  This will  increase the resistance 
against  dental caries in addition reduces the progression of dental  caries. 
   

2

nd

 theory (post eruptive theory):  

When F is present in saliva  and dental plaque, it will  react with  the outer 
enamel  surface to enhance re mineralization.  Two types of reaction may 
develop, the main  reaction is formation of calcium  fluoride,  while  the 2

nd 

type of reaction is the formation  of fluoroapatite  crystal. 

Ca10 (PO4)6 OH2 + 20F-   

       CaF2 + 6(PO4)3- +2OH- 

Ca10 (PO4)6 OH2 + 2F-     

     Ca10 (PO4)6 F2+ 2OH- 

Calcium  fluoride  is not permanent  as it dissociated to calcium  and F ions. 
There for fluoridated products need to be applied continually  and at a 


background image

high  concentration, otherwise the enamel  will  be opened to renewed 
demineralization.  These types of reactions can be initiated  at any time  of 
subject life. 

 

3

rd

 theory (antibacterial theory):  

The presence of F in high  concentration (more than 40 ppm) in dental 

plaque may affect the growth and fermentation  of bacteria.  These by:  

  Interference  with  bacterial  adherence by retardation  of extra 

cellular  poly saccharide.  

  F affect metabolism  of bacteria by inhibition  of intercellular 

enzymes as enolase and phosphotase. 

  Change the microbial  composition of dental plaque. 

The general Mechanisms of fluoride Action by which reduces dental 
caries involve: 

1.  Increased enamel  resistance or reducing enamel  solubility  [acid 

dissolution]. 

2.  Interferes in the formation and functioning  of dental plaque 

microorganisms. 

3.  Increases the rate of post-eruptive maturation. 
4.  Remineralization  of incipient  lesions. 
5.  Improves tooth morphology. 

 


background image

1-  Increased enamel resistance or reducing enamel solubility [acid 

dissolution].  Caries  process  involves  dissolutions  of  enamel  by 
acids  from  bacterial  plaque.  This  dissolution  inhibited  by  the 
presence of fluoride. When enamel is exposed to acid (pH less than 
5.5)  it  will  dissolve  to  its  ionic  form (Ca, HPO4, OH), this occurs 
beneath bacterial plaque. The concentrations of calcium, phosphate 
and  other  ions  in  the  solution  will  increase.  When  plaque  stop 
producing  acid,  the  pH  will  raise  and  the  dissolved  minerals  get 
participated in the outer enamel surface. Thus the carious process is 
a  cyclic  phenomenon  consisting  of  phases  of demineralization and 
re  precipitation.  The  presence  of  fluoride  reduces  the  solubility  of 
enamel  by  promoting  the precipitations in the form of fluoroapatite 
crystals and calcium fluoride.   

Ca10 (PO4)6 (OH)2 + 2F-  

  Ca10 (PO4)6 F2 + 2OH 

Ca10 (PO4)6 (OH)2 + 20F-  

 10CaF2 + 6(PO4)-3 +2OH- 

2- Interferes in the formation and functioning of dental plaque 
microorganisms. 
In high  concentration F is bactericidal, thus reduces 
plaque. In relatively  low concentration, fluoride  is bacteriostatic, 
affecting  growth of bacteria. 

3- Increased rate of post-eruptive maturation 

At the time  of tooth eruption the enamel  is not completely calcified  and 
undergoes a post-eruptive period of approximately  2 years during which 
enamel  calcification  continues. Throughout this period-period of enamel 
maturation’  there is continuous accumulation  of fluoride  as well  as other 
elements  in the superficial  part of enamel. 

4- Remineralization of incipient lesions. By depositions of minerals  in 
to previously  damaged areas, this will  also lead to reduce solubility. 
Fluoride enhances the re mineralization  process by accelerating  the 

growth of enamel  crystals that have been demineralized  by caries process. 

5- Improves tooth morphology: Ingestion of fluoride during  the period 
of tooth formation  lead to changes in  tooth morphology as smaller  cusps 

depth of teeth turn to more self-cleansing  area. 

 


background image

Systemic fluoridation

 

History:   
at the beginning  of the 20th century (1901), Dr Fredrick Mckay noticed 
that many of his patients who had lived  in Colorado spring (Colorado 
USA) had a permanent stain on their  teeth named as Colorado stain. He 
noticed also it low caries severity  among those patients. In 1902 Eager 
noticed the same stain upon Italian  people migrates  from Naples, Italy. 
He found that only people born and lived  all  their lives  in  that area had 
this deformity that is mottled teeth. In 1931, Churchill  showed a presence 
of high  concentration of  F in  area with  mottled teeth, but yet no 
correlation  was found. Trendily  Dean discovered that F concentration in 
drinking  water affected the severity  of mottling  and dental caries severity. 
He conducted a series of studies regarding  level  of F in water  and severity 
of dental  caries in 21 cities among 7257 person, 12-14 year olds. Two 
important conclusions were reached:  
-The number of carious teeth and concentration of fluoride is inversely 
related.  
-The amount of  F in the water and mottled enamel  are directly 
related. The condition of mottled enamel  was changed to endemic dental 

fluorosis. 

Dental fluorosis

It is a developmental  hypoplastic defect caused by excessive fluoridation 
during the period of tooth formation.  It is the 1st sign of chronic toxicity 
appears clinically  as a white  spots or lines  involving  incisal  edge or cusps 
of posterior teeth or as a white  opaque or brown area,in  individuals  with 
moderate dental fluorosis, yellow  to light  brown staining  observed in the 
areas of enamel  damage which involve  the entire  tooth. In severe cases 
acorroded appearance will  occur. Changes in  human enamel  have been 
examined  using light  and electron microscopy. In principle,  increased 
exposure to F during  period of tooth formation  leads to increase enamel 
porosity. In severe cases the fluorotic teeth are highly  porous because of 
increase of inter  crystalline  spaces these spaces are occupied by water and 
protein more than enamel.  The fluorosed teeth contain more immature 
protein. In more sever condition changes involve  enamel  as well  as 
dentin. After eruption of teeth, although  the surface layer  is well 


background image

mineralized  it is susceptible to mechanical  trauma leading  to break down 

of the outer enamel  surfaces. 

The exact cause of this hypoplasia is not clear it may be attributed to:  
1- altered  metabolism  in any or all  phase of the enamel  formation. 
2- altered  ameloplastic  activity.   
3- Interference  with  crystal nucleation  or growth. 
4- faulty  enzymatic  factor. 

Factors affecting severity of dental  fluorosis: 

 

1-  Fluoride concentration in drinking water: a direct relation  ship 

is present between dental fluorosis and level  of F ingested.  

2-  Total amount of fluoride ingested: F ingested from water, food, 

inhalation  because of pollution  all  affect severity  of dental 
fluorosis. The total amount of water intake  is affected by 
temperature.  In hot area, there is an increase ingestion  of  F due to 
increase intake  of water  thus increasing  the risk of dental fluorosis, 
the opposite is true in cold area.  

3-  Duration of exposure to fluoride: excessive intake  of  F for a 

long time  as eight  years during the period of tooth formation may 
increase the severity  of dental  fluorosis. teeth mineralized  early  in 
life  develop less dental fluorosis, thus posterior are affected more 
than anterior, also primary teeth are affect less severely  compared 
to permanent  teeth, due to shorter maturation  period. In addition 
enamel  maturation  and calcification  of primary  teeth take place in 
the intra  uterine  life,  and the placenta do regulated  the amount of  F 
reaching  the fetus, also F concentrated in bones of the mother and 
the fetus more than teeth.  

4-  Others: dental fluorosis was found to increase among children 

with  mal  nourishment. The exact cause for this is not clear. 

 

 

 

 

 


background image

 

Classification of dental fluorosis: 

 

 

 

Treatment  of dental fluorosis: 

The damage of dental fluorosis is permanent, thus preventing  of this 
hypoplasia is much more important. This is by defluoridation  of high 


background image

fluoride  content and avoiding  chronic fluoride  toxicity. The treatment  of 

dental fluorosis is:   

  Bleaching  for the mildest  form 

  Composite restorations combined with  Microabrasion or aesthetic 

veneers for moderate fluorosis 

  Prosthetic crowns for sever form 

T

he optimal  level of fluoride:

   

Dean conducted his study among 7257, 12  - 14 year- old in  seven cities in 
USA. This was to explore the association between F level  in drinking 
water and severity  of both dental caries and dental fluorosis. In measuring 
dental fluorosis a special index was applied called  Community Index of 
Dental  Fluorosis, dividing  the condition in to different  categories 
according to severity  by weight  (normal,  questionable, very mild,  mild, 
moderate and sever). While  the DMF index was applied for recording 

dental caries.  

Results revealed  a maximum  reduction of dental  caries at a level  of F of 
(1 ppm). At this level,  dental fluorosis will  involve  10 % of the 
population, but it is of the very mild  type with  no practical aesthetic 
significance.  Increasing f level  in drinking  water will  cause a dramatic 
increase in dental fluorosis but with  no further  reduction of dental caries. 
Thus the optimal level is (the level of F in drinking water causing 
maximum reduction of dental caries but with no clinical signs of dental 
fluorosis
).

 

Because people in hot climates drink  more water than do those 

in moderate climates,  thus the optimal  level  of fluoride  was changed to 
0.7 - 1.2 ppm (mg/l)  according to the temperature.  The higher  the 
average  temperature  in a community, the lower is the recommended level 

of fluoride  in drinking  water. 

Fluoride  administration 

1-  Water fluoridation. 

a)  Communal  water fluoridation 

b)  School water fluoridation  (or home water fluoridation). 

2-  Dietary  fluoride supplements by:  


background image

a)  Fluoridated tablets (dropings or lozenges).  

b)  Fluoridated salt.  

c)  Fluoridated milk  (or juice). 

d)  Fluoride vitamins  preparation 

Communal  water fluoridation:

   

it is the controlled or artificial  adjustment  of the level  of F in a communal 
water supply to achieve  maximum  reduction of dental  caries and 
clinically  no significant  level  of fluorosis. Fluoride was 1

st

  added to 

water supply in 1945 in grand rapids (michigan)  while  muskegon was the 
control. Caries reduction was reported to be 55%. In USA, now more 
than 126000,000  people (64%) are receiving  systemic fluoridation.  It is 
also applied in  Europe and other countries.  

FLUORIDE COMPOUND USED IN WATER FLUORIDATION 

1. Fluorspar: It is a mineral  containing  calcium  fluoride  [CaF2]. 

2. Sodium fluoride. 

3. Silicofluorides. 

4. Sodium silicofluorides:  Most commonly used due to its low cost. 
Solutions of this compound are corrosive hence materials  for piping, etc. 

should be chosen accordingly. 

5. Hydrofluosilicic  acid & Ammonium  silicofluoride.   

These materials  are added to water by an automatic feeding  apparatus and 

concentration of  F is continuously  adjusted. 

From different  epidemiological  observation studies concerning water 
fluoridation  it was concluded that:                                  

1-  Artificial  water fluoridation  is effective  in caries reduction in 

similarity  to naturally  fluoridated  area. 

2-  Caries reduction involved  primary, permanent  teeth as well  as root 

caries. The reduction is more in permanent  teeth compared to 
primary  because of their  shorter maturation  period, also its more 
reduction in smooth surface rather than occlusal surface. 


background image

3-  Communal  water fluoridation  is a public health  measure. All 

people in  the community  can gain  the benefits from water 
fluoridation.  No effort is needed by recipients to prevent caries.  

4-  It is a cheap and successful measure of prevention.  
5-  A reduction in  periodontal disease was also reported in fluoridated 

area. 

Disadvantages 

1. Political  and/or emotional  objections to water additives. 

2. Possibility of mild  to moderate fluorosis if other sources of fluoride  are 

ingested inadvertently. 

3. alleged  toxicity. 

Alternative  to systemic  water  fluoridation 

 

the communal  water fluoridation  is a successful method for the 
prevention  of dental caries. In presence of objection against this method 
or there is no piped water supply as in rural  area, there are alternative 
methods to flouride  provide systemically.  These are: 

1-  School water fluoridation  (or home water fluoridation). 
2-  Dietary  fluoride supplements by:  
e)  Fluoridated tablets (dropings or lozenges).  
f)  Fluoridated salt.  
g)  Fluoridated milk  (or juice). 

h)  Fluoride vitamins  preparation 

School water fluoridation:

   

This method was first applied in USA, 1954, in which  the F content of the 
water supply was adjusted for the prevention  of dental caries. The optimal 
level  of F here is about 4.5 times the optimal  amount in  the community.  
 This is because: 
1-children  spend only a part of their  total waking  hours in schools.  
2-they enter the school at 6- year of age, thus the incisors are no longer at 
risk of dental fluorosis.  
3-only a part of daily  water intake  is consumed.  

4-there  is holiday and weekends. 


background image

For all  of the above and to compensate for the part exposure to F, the 

level  of fluoride  in school water supply increased.  

Special equipment can be used for the addition of  F, which  should be 
adjusted continuously by well-trained  employer. 

Advantages of school water fluoridation

:   

- technically  feasible. 
- low in cost.  

- no effort is needed by the recipients.  

 

The disadvantage of this  method

  

-the fluoridation  started late  in life,  that is at 6 years of age,  

-there is an interruption  of fluoridation  due to holidays and week ends.  

A maximum  benefit of systemic water fluoridation  is by early  intake  of  F 
from the first years of life  till  13-15  years of age.  

The home water fluoridation  is also of beneficial  in  caries prevention 
however the level  of water is in similarity  to communal water 

fluoridation. 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mustafa Shaheen
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 166 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل