NRC 2006: Neurotoxizität und neurologische Auswirkungen

Kapitel 7: Neurotoxizität und neurologische Auswirkungen

In diesem Kapitel werden die Auswirkungen von Fluorid auf das Nervensystem und das Verhalten untersucht, wobei insbesondere Studien berücksichtigt werden, die seit der früheren Überprüfung durch das NRC (1993) durchgeführt wurden. Die Daten am Menschen umfassen epidemiologische Studien an Populationen, die unterschiedlichen Fluoridkonzentrationen ausgesetzt waren, sowie Einzelfallstudien. Darüber hinaus wurden Laborstudien zu durch Fluorid verursachten Verhaltens-, biochemischen und neuroanatomischen Veränderungen untersucht und zusammengefasst. Am Ende des Kapitels werden Schlussfolgerungen und Empfehlungen für künftige Forschungen präsentiert.

Mehrere Studien aus China haben über die Auswirkungen von Fluorid im Trinkwasser auf die kognitiven Fähigkeiten berichtet (X. Li et al. 1995; Zhao et al. 1996; Lu et al. 2000; Xiang et al. 2003a,b). Von den Studien war die von Xiang et al. (2003a) am überzeugendsten. In dieser Studie wurde die Intelligenz von 512 Kindern (im Alter von 8 bis 13 Jahren) verglichen, die in zwei Dörfern mit unterschiedlicher Fluoridkonzentration im Wasser lebten. Der IQ-Test wurde doppelblind durchgeführt. Das Gebiet mit hohem Fluoridgehalt (Wamiao) wies eine durchschnittliche Wasserkonzentration von 2.47 ± 0.79 mg/l (Bereich 0.57–4.50 Milligramm pro Liter [mg/l]) auf, und das Gebiet mit niedrigem Fluoridgehalt (Xinhuai) hatte eine durchschnittliche Wasserkonzentration von 0.36 ± 0.15 mg/l (Bereich 0.18–0.76 mg/l). Die untersuchten Bevölkerungen wiesen vergleichbare Jod- und Kreatininkonzentrationen, Familieneinkommen, Bildungsniveaus der Familien und andere Faktoren auf. Die Bevölkerungen waren keinen anderen bedeutenden Fluoridquellen ausgesetzt, wie etwa Rauch von Kohlefeuern, industrieller Verschmutzung oder dem Konsum von Ziegeltee. Der Unterschied in der Fluoridexposition wurde daher der Menge im Trinkwasser zugeschrieben. Die durchschnittlichen Fluoridkonzentrationen im Urin betrugen 3.47 ± 1.95 mg/l in Wamiao und 1.11 ± 0.39 mg/l Unter Verwendung des kombinierten Raven-Tests für das ländliche China wurde festgestellt, dass der durchschnittliche Intelligenzquotient (IQ) der Kinder in Wamiao deutlich niedriger war (92.2 ± 13.00; Bereich 54–126) als der in Xinhuai (100.41 ± 13.21; Bereich 60–128).

Die IQ-Werte sanken bei Männern und Frauen mit zunehmender Fluoridexposition. Die Verteilung der IQ-Werte der Frauen in den beiden Dörfern ist in Abbildung 7-1 dargestellt. Eine vergleichbare Darstellung der IQ-Werte der Männer ist in Abbildung 7-2 dargestellt. Die Zahl der Kinder in Wamiao mit Werten im höheren IQ-Bereich war geringer als in Xinhuai. Die Zahl der Kinder im niedrigeren IQ-Bereich nahm entsprechend zu. Die Modalwerte der IQ-Verteilungen in den beiden Dörfern waren ungefähr gleich. Eine Folgestudie, um festzustellen, ob die niedrigeren IQ-Werte der Kinder in Wamiao mit Unterschieden in der Bleiexposition zusammenhängen könnten, ergab keinen signifikanten Unterschied in der Bleikonzentration im Blut der beiden Kindergruppen (Xiang et al. 2003b).

Eine von Lu et al. (2000) in einem anderen Gebiet Chinas durchgeführte Studie verglich auch die IQs von 118 Kindern (Alter 10-12), die in zwei Gebieten mit unterschiedlichen Fluoridkonzentrationen im Wasser lebten (3.15 ± 0.61 mg/l in einem Gebiet und 0.37 ± 0.04 mg/l im anderen). Die Kinder lebten ihr ganzes Leben lang in den Dörfern und hatten ein ähnliches soziales und Bildungsniveau. Die Fluoridkonzentrationen im Urin wurden mit 4.99 ± 2.57 mg/l in dem Gebiet mit hohem Fluoridgehalt und 1.43 ± 0.64 mg/l in dem Gebiet mit niedrigem Fluoridgehalt gemessen. IQ-Messungen mit dem chinesischen kombinierten Raven-Test, Copyright 2 (siehe Wang und Qian 1989), zeigten bei Kindern in der Gegend mit hohem Fluoridgehalt (92.27 ± 20.45) deutlich niedrigere durchschnittliche IQ-Werte als bei Kindern in der Gegend mit niedrigem Fluoridgehalt (103.05 ± 13.86). Besonders wichtig ist, dass 21.6 % der Kinder in dem Dorf mit hohem Fluoridgehalt auf der IQ-Skala 70 oder weniger erreichten. Bei den Kindern in dem Dorf mit niedrigem Fluoridgehalt erreichten nur 3.4 % derart niedrige Werte. Die Fluoridkonzentrationen im Urin korrelierten umgekehrt mit der geistigen Leistungsfähigkeit im IQ-Test. Qin und Cui (1990) beobachteten eine ähnliche negative Korrelation zwischen IQ und Fluoridaufnahme durch Trinkwasser.

Zhao et al. (1996) verglichen außerdem den IQ von 160 Kindern (im Alter von 7 bis 14 Jahren), die in einer Gegend mit hohem Fluoridgehalt (durchschnittliche Konzentration 4.12 mg/l) lebten, mit dem von Kindern in einer Gegend mit niedrigem Fluoridgehalt (durchschnittliche Konzentration 0.91 mg/l). Mithilfe des Rui-Wen-Tests stellten die Forscher fest, dass der durchschnittliche IQ der Kinder in Gegenden mit hohem Fluoridgehalt (97.69) erheblich niedriger war als der der Kinder in Gegenden mit niedrigem Fluoridgehalt (105.21). Es wurden keine Unterschiede zwischen den Geschlechtern festgestellt, doch es stellte sich – wenig überraschend – heraus, dass die IQ-Werte mit dem Bildungsniveau der Eltern zusammenhängen. Die Forscher berichteten außerdem, dass 86 % der Kinder in der Gruppe mit hoher Fluoridbelastung und 14 % der Kinder in der Gruppe mit niedriger Fluoridbelastung an Zahnschmelzfluorose litten und dass Skelettfluorose nur in der Gruppe mit hoher Fluoridbelastung bei 9 % auftrat.

In einer weiteren chinesischen Studie wurde die Fluoridexposition durch das Einatmen von Ruß und Rauch von Kohlefeuern untersucht, die zum Kochen, Erhitzen und Trocknen von Getreide verwendet werden (Li et al. 1995). Viele der Kinder wiesen eine mittelschwere bis schwere Zahnschmelzfluorose auf. Der durchschnittliche IQ von 900 Kindern (im Alter von 8 bis 13 Jahren) aus einem Gebiet mit schwerer Zahnschmelzfluorose war 9 bis 15 Punkte niedriger als der durchschnittliche IQ von Kindern aus einem Gebiet mit geringer oder keiner Zahnschmelzfluorose. Die Fluoridkonzentrationen im Urin korrelierten umgekehrt proportional zum IQ, gemessen mit der China Rui Wen Scale for Rural Areas, und waren monoton mit dem Grad der Zahnschmelzfluorose verbunden. Studien zur Fluoridexposition durch das Einatmen von Rauch aus Kohlefeuern sind aufgrund der Exposition gegenüber vielen anderen Schadstoffen im Rauch schwer zu interpretieren.

Die Bedeutung dieser chinesischen Studien ist unklar. Die meisten Arbeiten waren Kurzberichte und ließen wichtige Verfahrensdetails aus. Einige Studien verwendeten beispielsweise eine Modifikation des Raven Progressive Matrix-Tests, gaben aber weder an, um welche Modifikationen es sich handelte, noch wurde beschrieben, wie der Test durchgeführt wurde. Die meisten Studien gaben nicht an, ob die IQ-Tests verblindet durchgeführt wurden. Einige der in den Studien festgestellten Effekte könnten auf Stress zurückzuführen sein, der durch die Testbedingungen verursacht wurde. Ohne detaillierte Informationen über die Testbedingungen und die Tests selbst war das Komitee nicht in der Lage, die Aussagekraft der Studien zu beurteilen. Trotzdem rechtfertigt die Konsistenz der Gesamtergebnisse weitere Forschungen zu den Auswirkungen von Fluorid auf die Intelligenz in Bevölkerungsgruppen mit ähnlichen Sprachen, Hintergründen, sozioökonomischen Schichten und anderen Gemeinsamkeiten.

Es ist zu beachten, dass viele Faktoren außerhalb der angeborenen Intelligenz die Leistung bei IQ-Tests beeinflussen. Ein Faktor, der für Fluorid relevant sein könnte, ist eine Beeinträchtigung der Schilddrüsenfunktion (siehe Kapitel 8). Eine Schilddrüsenunterfunktion führt beispielsweise zu Müdigkeit, Depressionen, Konzentrationsschwierigkeiten, Gedächtnisstörungen und Hörverlust. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass eine Beeinträchtigung der Schilddrüsenfunktion bei schwangeren Frauen zu niedrigeren IQ-Werten bei Kindern führen kann (Klein et al. 2001).

Es gibt zahlreiche Berichte über geistige und körperliche Veränderungen nach Fluoridbelastung über verschiedene Wege (Luft, Nahrung und Wasser) und über verschiedene Zeiträume (Waldbott et al. 1978). Bei einigen dieser Berichte handelt es sich in der Tat um experimentelle Studien an einer oder mehreren Personen, die unter „blinden“ Bedingungen von ihrer Fluoridbelastungsquelle entwöhnt und anschließend erneut belastet wurden. In den meisten Fällen verschwanden die Symptome mit der Beendigung der Fluoridbelastung und kehrten zurück, als die Belastung wieder aufgenommen wurde. In einigen Fällen, bei denen das Fluorid über das Wasser verabreicht wurde, wurde dieser Vorgang mehrere Male wiederholt, und zwar unter Bedingungen, bei denen weder der Patient noch der Fluoridgeber wussten, ob das Wasser Fluorid enthielt. Es gibt auch Berichte über Fälle, bei denen fluoridbedingte Symptome auftraten, wenn Menschen in eine Gemeinde mit fluoridiertem Wasser zogen, aber verschwanden, wenn die Personen in eine Gemeinde ohne Fluorid zogen.

Spittle (1994) überprüfte Untersuchungen und Fallberichte von Personen, die beruflich oder therapeutisch Fluorid ausgesetzt waren, und kam zu dem Schluss, dass es Hinweise darauf gibt, dass Fluorid mit zerebralen Schäden in Verbindung gebracht werden könnte. Eine Zusammenfassung von 12 Fallberichten von Fluorid ausgesetzten Personen aller Altersgruppen zeigte gemeinsame Folgen wie Lethargie, Schwäche und Konzentrationsschwäche, unabhängig von der Art der Exposition. In der Hälfte der Fälle wurden auch Gedächtnisprobleme gemeldet. Spittle (1994) beschrieb mehrere der biochemischen Veränderungen in enzymatischen Systemen, die für einige der bei Patienten festgestellten psychologischen Veränderungen verantwortlich sein könnten. Er schlug vor, dass Verhaltensänderungen nach übermäßiger Exposition auf die Unterbrechung der NH-Bindungen in Aminen und anschließend in Proteinen durch die Bildung von NF-Bindungen zurückzuführen sein könnten (Emsley et al. 1981). Diese unnatürliche Bindung würde die Struktur einer Reihe von Proteinen verzerren, die zusammengenommen wichtige biologische Auswirkungen haben könnten. Fluoride verzerren auch die Struktur der Cytochrom-c-Peroxidase (Edwards et al. 1984). Spittle wies auch darauf hin, dass Fluorid wahrscheinlich durch die Bildung von Aluminiumfluoriden (Jope 1988) und die daraus resultierenden Auswirkungen auf die G-Proteine ​​die grundlegenden zellulären Energiequellen des Gehirns beeinträchtigt.

Es wurde vermutet, dass die zur Fluoridierung von Trinkwasser verwendeten Silicofluoride sich im Wasser anders verhalten als andere Fluoridsalze (weitere Erläuterungen finden Sie in Kapitel 2) und unterschiedliche biologische Wirkungen haben. Beispielsweise wird Natriumsilicofluorid (Na₂SiF₆) oder Fluorkieselsäure (H₂SiF₆) zum Trinkwasser soll die Ansammlung des neurotoxischen Stoffes Blei im Körper erhöhen (Masters und Coplan 1999; Masters et al. 2000). Dieser Zusammenhang wurde zunächst auf die erhöhte Aufnahme von Blei (aus welcher Quelle auch immer) durch Fluorid zurückgeführt. Erhöhte Bleikonzentrationen wurden jedoch nur dann festgestellt, wenn das Wasser mit einem Fluorsilikat behandelt wurde und bei Kindern, die bereits einer hohen Bleibelastung ausgesetzt waren.

Urbansky und Schock (undatiert, 2000) wandten sich gegen fast alle Aspekte der Studien von Masters und Coplan zu Fluorsilikaten. Sie argumentierten, dass unter den Bedingungen, die zum Zeitpunkt der Zugabe von Silicofluoriden zum Trinkwasser herrschten, Silicofluoride vollständig hydrolysiert würden, bevor sie den Wasserhahn des Verbrauchers erreichten (Urbansky und Schock 2000). Auch Messtechniken und statistische Methoden wurden in Frage gestellt. Sie kamen zu dem Schluss, dass es keine „glaubwürdigen Beweise“ dafür gebe, dass die Fluoridierung des Wassers irgendeinen messbaren Effekt auf die Löslichkeit, Bioverfügbarkeit oder Bioakkumulation irgendeiner Form von Blei habe.

Ein weiteres Thema, das zu den unterschiedlichen Wirkungen von Silicofluoriden aufgeworfen wurde, stammt aus der Dissertation von Westendorf (1975). In dieser Studie wurde festgestellt, dass Silicofluoride die Synthese von Cholinesterasen, einschließlich Acetylcholinesterase, stärker hemmen als Natriumfluorid (NaF). Unter physiologischen Bedingungen hemmt beispielsweise ein Moläquivalent Silicofluorid Acetylcholinesterase stärker als sechs Moläquivalente NaF (Knappwost und Westendorf 1974). Dies könnte dazu führen, dass sich Acetylcholin (ACh) in der Nähe von ACh-Enden ansammelt und zu einer übermäßigen Aktivierung cholinerger Rezeptoren im zentralen und peripheren Nervensystem führt. In hohen Konzentrationen werden Wirkstoffe mit dieser Fähigkeit häufig in Insektiziden und Nervengasen verwendet. Bei mittleren Konzentrationen treten häufig Erstickungsgefühle und verschwommenes Sehen auf. Veränderungen in der Wirksamkeit der acetylcholinergen Systeme des Nervensystems könnten die Tatsache erklären, dass Reaktionszeiten und visuell-räumliche Fähigkeiten beeinträchtigt werden können, obwohl die angeborene Intelligenz an sich durch die chronische Einnahme von Wasser mit 1.2 bis 3 mg/l Fluorid nicht verändert wird. Diese Veränderungen würden sich auf die getesteten IQ-Werte auswirken. Über solche nichtkognitiven Beeinträchtigungen bei Kindern wurde in einem Kongressabstract berichtet (Calderon et al. 2000), eine vollständige Veröffentlichung ist jedoch nicht erfolgt. Verlängerte Reaktionszeiten werden mit einer beeinträchtigten Funktion der präfrontalen Lappen in Verbindung gebracht, einer Verhaltensänderung, die nicht direkt mit Veränderungen des IQ zusammenhängt (Winterer und Goldman 2003). Da fast alle IQ-Tests „zeitlich begrenzt“ sind, würden langsame Reaktionszeiten die gemessene Leistung beeinträchtigen.

Eine interessante Reihe von Berechnungen wurde von Urbansky und Schock (ohne Datum) durchgeführt – nämlich eine Zusammenstellung der Bindungsstärken verschiedener Elemente mit Fluor. Sie untersuchten acht verschiedene Komplexe. Aluminium und Fluor haben die höchste Bindungsaffinität. Fluor bildet auch Komplexe mit anderen Elementen, darunter Natrium, Eisen, Kalzium, Magnesium, Kupfer und Wasserstoff. Verbindungen mit einigen dieser anderen Elemente können Auswirkungen auf einige der neurotoxischen Wirkungen haben, die nach Fluorid- oder SiF-Exposition beobachtet werden.

Seit mehr als 30 Jahren ist bekannt, dass die Alzheimer-Krankheit mit einem erheblichen Rückgang des zerebralen Stoffwechsels einhergeht (Sokoloff 1966). Diese ursprüngliche Beobachtung wurde seitdem viele Male bestätigt. Der Rückgang spiegelt sich in der Stoffwechselrate des Gehirns für Glukose, der zerebralen Sauerstoffrate und der zerebralen Durchblutung wider. Was die verringerte zerebrale Durchblutung betrifft, ist die bei Alzheimer-Patienten festgestellte Verringerung etwa dreimal größer als bei Patienten mit Multiinfarktdemenz. Bereits 1983 zeigten Foster et al. (1983) mit dem Marker F-2-Fluordesoxyglukose mithilfe einer Positronen-Emissions-Tomographie einen allgemeinen Rückgang der Glukosenutzungsrate. In jüngster Zeit wurden über den allgemeinen Rückgang des aeroben Stoffwechsels hinaus mehrere Muster verstärkter Abnahmen der Energienutzung nachgewiesen. Die temporalen, parietalen und frontalen Regionen sind Bereiche mit einigen der stärksten Verminderungen (Weiner et al. 1993; Starkstein et al. 1995). Möglicherweise ist der Rückgang der Glukoseverwertung ein frühes Anzeichen für den Beginn einer Demenz (Johnson et al. 1988; Silverman und Small 2002). Darüber hinaus gibt es aus zahlreichen Quellen Hinweise darauf, dass durch die Alzheimer-Krankheit induzierte Veränderungen in vielen Körperregionen und im Blut beobachtet werden können. Dies deutet darauf hin, dass die Krankheit systemweite Auswirkungen auf den Körper hat. Ein System, das besonders empfindlich auf die Kohlenhydratverwertung reagiert, ist die Gesamtheit der Bereiche, die an der Synthese von ACh beteiligt sind. Die Freisetzung dieses Transmitters wird auch durch die Unterbrechung des aeroben Stoffwechsels negativ beeinflusst und die Wirkung ist in den Projektionsfeldern der cholinergen Systeme zu beobachten. Fluorid hat zusätzliche Auswirkungen auf die ACh-Systeme des Gehirns, indem es die Acetylcholinesterase stört.

Die meisten der heute zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit eingesetzten Medikamente verstärken die Wirkung des verbleibenden ACh-Systems. Dennoch muss man bedenken, dass ein bestimmtes Merkmal der Alzheimer-Krankheit eine allgemeine Verringerung des aeroben Stoffwechsels im Gehirn ist. Dies führt zu einer Verringerung der für neuronale und muskuläre Aktivität verfügbaren Energie.

Aufgrund der großen Affinität zwischen Fluor und Aluminium ist es möglich, dass die größten Beeinträchtigungen der Struktur und Funktion durch die Einwirkung geladener und ungeladener AlF-Komplexe (AlF_x). In den späten 1970er und frühen 1990er Jahren gab es großes Interesse an der Möglichkeit, dass elementares Aluminium ein wichtiger Faktor für die Entwicklung von Demenz vom Typ Alzheimer sowie anderer neurologischer Erkrankungen ist. In einer Studie mit über 3,500 französischen Männern und Frauen über 65 Jahren (Jacqmin et al. 1994) wurde ein signifikanter Rückgang der kognitiven Fähigkeiten festgestellt, wenn ihr Trinkwasser Kalzium, Aluminium und Fluor enthielt. Nur Aluminium zeigte einen Zusammenhang mit kognitiven Beeinträchtigungen und dies hing davon ab, dass der pH-Wert des Trinkwassers unter 7.3 lag. Interessanterweise wurde bei höheren pH-Werten eine günstige Wirkung auf kognitive Funktionen festgestellt. In jüngsten Arbeiten mit Tieren wurden durch Aluminium hervorgerufene Verhaltensänderungen ähnlich denen bei menschlicher Demenz sowie damit korrelierte histologische Veränderungen in den Gehirnen der Tiere festgestellt (Miu et al. 2003). Auf zellulärer Ebene wird weiterhin aktiv an den durch Aluminium gestörten neuronalen Mechanismen geforscht (Becaria et al. 2003; Millan-Plano et al. 2003). Auf epidemiologischer Ebene gibt es Unstimmigkeiten in den Ergebnissen verschiedener Studien. Eine aktuelle Studie kommt beispielsweise zu dem Schluss, dass „die toxischen Wirkungen von Aluminium ebenfalls nicht ausgeschlossen werden können und die Belastung mit Aluminium daher überwacht und so weit wie möglich begrenzt werden sollte“ (Suay und Ballester 2002). Neben einer Erschöpfung der Acetylcholinesterase verursacht Fluorid Veränderungen im Phospholipidstoffwechsel und/oder eine Verringerung der biologischen Energie, die für normale Gehirnfunktionen zur Verfügung steht (siehe Abschnitt zu neurochemischen Wirkungen weiter unten in diesem Kapitel). Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass eine chronische Belastung mit AlF_x kann Aluminiumeinschlüsse in Blutgefäßen sowie in deren Intima und Adventitia verursachen. Die Aluminiumablagerungen in den Gefäßen und in denen, die an der Intima haften, können Turbulenzen im Blutfluss und eine verringerte Übertragung von Glukose und O verursachen.₂ zu den interzellulären Flüssigkeiten. Schließlich wurden bei Ratten, die chronisch AlF ausgesetzt waren, histopathologische Veränderungen beobachtet, die denen ähneln, die traditionell mit der Alzheimer-Krankheit beim Menschen in Verbindung gebracht werden (Varner et al. 1998).

In „Experiment 1“ wurde trächtigen Muttertieren entweder an den Gestationstagen 0.13–14 (eine oder zwei Injektionen pro Tag, insgesamt neun Injektionen) oder an den Tagen 18–17 (drei Injektionen pro Tag) 19 mg/kg NaF subkutan injiziert. In „Experiment 2“ wurde 75 Tagen alten Ratten 100–125 Wochen lang NaF in Konzentrationen von 175, 21, 6 oder 20 mg/l über das Trinkwasser verabreicht. In „Experiment 3“ wurde 12 Wochen alten Ratten 100–5 Wochen lang 6 mg/l NaF über das Trinkwasser verabreicht. Verhaltenstests wurden an pränatal behandelten und entwöhnten Ratten im Alter von 9 Wochen durchgeführt, und erwachsene behandelte Ratten wurden am Ende ihres Expositionszeitraums getestet. Zum Zeitpunkt der Tötung wurden die Fluoridkonzentrationen im Plasma in sieben Gehirnregionen gemessen.

Um die durch die Testverfahren generierten Daten zu würdigen, müssen einige Details der Testmethoden und der Datenanalyse berücksichtigt werden, die in der Studie von Mullenix et al. verwendet wurden. Die verwendeten Methoden wurden früher entwickelt, um das Verhalten von Tieren mithilfe computergestützter Methoden zu quantifizieren (Kernan et al. 1987, 1988: Kernan und Mullenix 1991). Die grundlegenden Verfahren umfassten Folgendes: Die Tiere wurden paarweise getestet, bestehend aus einer behandelten und einer Kontrollratte. Sie wurden in eine Plexiglaskammer gesetzt, die in der Mitte durch eine Plexiglaswand geteilt war, um zwei nebeneinanderliegende Testkammern zu bilden. Diese Wand hatte mehrere Löcher. So konnte jede Ratte ihren Partner sehen, hören und riechen. Die tatsächliche Bodenfläche, die jedem Tier zur Verfügung stand, betrug ungefähr 10 x 10 Zoll. Die Kammer hatte eine ungewöhnliche trapezförmige Form, wobei die Wände vom Boden nach außen geneigt waren. Diese Form wurde geschaffen, um die Klarheit der von zwei Videokameras aufgezeichneten Bilder der Ratten zu verbessern. Eine Kamera wurde über den Testkammern platziert und eine andere befand sich seitlich davon. Beide wurden so ausgerichtet, dass sie die Testbereiche beider Tiere umfassten. Für die Experimente wurden Sprague-Dawley-Albino-Ratten verwendet und um die Bilder noch besser zu machen, war die von der horizontal platzierten Kamera abgewandte Seite schwarz. Der Boden war ebenfalls schwarz.

Die beiden Videokameras zeichneten das Verhalten beider Tiere gleichzeitig auf. Die Kameras waren so programmiert, dass sie während des 15-minütigen Testzeitraums jede Sekunde Standbilder der Tiere machten. Somit sendeten die Kameras während eines einzigen Testzeitraums 900 Bilder von jedem Tier. Der Computer war so programmiert, dass er fünf Körperpositionen, acht „Modifikatoren“ (anscheinend bezeichnet dieser Begriff eine Handlung mit einem mutmaßlichen Ziel) und mehrere Kombinationen von Haltungen und Modifikatoren erkannte. Insgesamt konnte der Computer mehr als 100 Kombinationen von Positionen, Modifikatoren und Kombinationen von einem oder mehreren der Maße aufzeichnen, die die „mutmaßlichen Absichten“ der Tiere anzeigten (z. B. Pflege/Aufmerksamkeit). Für jede dieser Haltungen oder Handlungen oder Kombinationen wurden die Häufigkeit, mit der sie initiiert wurde, die Gesamtzeit, die dafür aufgewendet wurde, und die Verteilung der Handlung über den 15-minütigen Zeitraum für jede Ratte separat berechnet.

Im Experiment 1 zeigten keine der an den Trächtigkeitstagen 14-18 behandelten Ratten Verhaltensunterschiede zu den Kontrolltieren. Allerdings waren die männlichen Ratten der an den Trächtigkeitstagen 17-19 behandelten Ratten aktiver als die Kontrolltiere. Die gesteigerte Aktivität wurde auf vermehrtes Putzen und Kopfdrehen zurückgeführt und nicht auf verstärkte Bewegungsabläufe. Die Fluoridkonzentrationen im Plasma waren mit denen der Kontrolltiere vergleichbar. Die Fluoridkonzentrationen im Gehirn wurden in dieser Gruppe nicht gemessen.

In Experiment 2 wurde in der höchsten Behandlungsgruppe (175 mg/l) eine hohe Sterblichkeit beobachtet, und die Tests wurden bei dieser Konzentration abgebrochen. Weibliche Ratten, die 125 mg/l NaF ausgesetzt waren, saßen seltener, verbrachten weniger Zeit im Sitzen, drehten weniger den Kopf und zeigten weniger Häufungen von Putzattacken als die Kontrollgruppen. Sie zeigten auch eine Verringerung des zusammengesetzten Putz-/Aufmerksamkeitsindex. Weibliche Ratten, die 100 Wochen lang 6 mg/l Fluorid im Trinkwasser ausgesetzt waren, zeigten Verhaltensänderungen im Zusammenhang mit der Putzattacke, darunter weniger Putzattacken, weniger anhaltende Putzperioden und die Häufung von Putz-/Aufmerksamkeit. Diese Effekte waren jedoch bei den über einen längeren Zeitraum (20 Wochen) behandelten weiblichen Tieren nicht zu sehen. Bei den männlichen Ratten wurden Verhaltensänderungen nur in der 125 mg/l-Gruppe beobachtet, die nach 16 Behandlungswochen ausgewertet wurde. Zu den Änderungen gehörten weniger Sitzen, weniger Kopfdrehen, mehr Stehen und weniger Putzverhalten. Stehen und scheinbare Aufmerksamkeitshaltungen waren bei diesen entwöhnten Ratten häufiger. Messungen des Fluoridgehalts im Plasma zeigten einen Anstieg der Konzentration nach 6-wöchiger Einwirkung von 100 mg/l NaF bei männlichen und weiblichen Ratten. Alle sieben analysierten Hirnbereiche wiesen erhöhte Fluoridkonzentrationen auf. Wie in Kapitel 3 erwähnt, wurde die Genauigkeit dieser Messungen in Frage gestellt (Whitford 1996), da andere Studien gezeigt haben, dass die Fluoridkonzentrationen im Gehirn zwar erheblich niedriger sind als die im Plasma, aber im Verhältnis dazu stehen (Carlson et al. 1960; Whitford et al. 1979).

Das für die Verhaltensanalysen verwendete Computerprogramm generierte auch eine Statistik namens „RS“, die alle festgestellten Veränderungen in jedem erkannten oder veränderten Verhaltensmodus kombiniert. Dieser Gesamtindex der Veränderung wurde bei weiblichen Tieren 6 Wochen nach Beginn der NaF-Behandlung in Konzentrationen von 100 und 125 mg/l als signifikant gemeldet. Bei männlichen Tieren, die 125 Wochen lang mit NaF in einer Konzentration von 11 mg/l behandelt wurden, änderte sich die Statistik nicht.

Im Experiment 3 zeigten nur die weiblichen Ratten Verhaltensänderungen im Vergleich zu den Kontrolltieren. Zu den Veränderungen gehörten weniger Sitzen und weniger Körperpflege. Die Plasmafluoridkonzentrationen waren bei Männchen und Weibchen erhöht. Bei der Prüfung der Fluoridkonzentrationen im Gehirn wurden erhöhte Konzentrationen in der Medulla beider Geschlechter und im Hippocampusbereich der Weibchen festgestellt. Wie oben erwähnt, wurde die Genauigkeit dieser Messungen in Frage gestellt.

Die Ergebnisse dieser drei Experimente sind schwer zu interpretieren. Eine Schwierigkeit besteht darin, die computergestützte Kategorisierung von Aktivitätsmustern im Vergleich zu den Verhaltensbeschreibungen zu interpretieren, die von den meisten Tierforschern üblicherweise verwendet werden. So bezieht sich beispielsweise erhöhte Aktivität normalerweise auf erhöhte Bewegungsaktivität, die in relativ großen offenen Feldern oder Labyrinthen gemessen wird. In der Studie von Mullenix et al. ist erhöhte Aktivität durch Kopfdrehen, Putzverhalten und Schnüffeln und Erkunden der Ecken der Box gekennzeichnet, was traditionell nicht als Teil der Bewegungsaktivität charakterisiert wird. Die kleinen Kammern, in denen die Tiere getestet wurden, hätten kaum Bewegungsbewegungen überhaupt verhindert.

Ein weiterer Aspekt der Studie, der ein modifizierendes Problem darstellt, ist die stressbedingte Erfahrung der Ratten vor Beginn der Experimente. Der Transport und die damit verbundene Handhabung von Tieren über weite Entfernungen sind bekannte Stressfaktoren für Ratten und Mäuse. Für Experiment 1 wurden die trächtigen Ratten am 6. Tag der Trächtigkeit verschickt und danach einzeln untergebracht. Die in Experiment 2 verwendeten Ratten wurden im Alter von 17 Tagen zusammen mit ihren Muttertieren ins Labor verschickt. Die erwachsenen Ratten von Experiment 3 wurden im Alter von 10 Wochen verschickt. Da die Tiere aus den Charles River Laboratories in Kingston, New York, stammten, erfolgte der Transport ins Labor in Boston wahrscheinlich per LKW. Der Transport von Tieren auf dem Land- oder Luftweg hat nachweislich dauerhafte Auswirkungen auf Nagetiere (Isaacson et al. 2003). Die histologischen Auswirkungen von Transport und Umsiedlung umfassen neuronale Verluste und erhebliche Fälle geschrumpfter oder aufgeblähter Zellen, darunter einige mit kondensierten zytoplasmatischen Einschlüssen. Es können auch andere Anzeichen von Stress und Nervenschädigungen beobachtet werden, darunter das Vorhandensein von reaktiven Mikroglia im gesamten Gehirn. Diese Veränderungen könnten durchaus mit späteren Fluoridbehandlungen in Wechselwirkung treten. Im Wesentlichen bedeutet dies, dass Vergleiche zwischen Gruppen innerhalb der verschiedenen Experimente legitim sind, nicht jedoch zwischen ihnen. Mullenix et al. (1995) interpretierten ihre Verhaltensergebnisse als Unterbrechung der Hippocampus-Dysfunktion. Eine andere plausible Interpretation ist, dass die Verhaltensänderung möglicherweise Veränderungen in der Nebennieren-Hypophysen-Achse beinhaltete (Gispen und Isaacson 1986).

Die Ergebnisse der Mullenix-Studien lassen sich nur schwer mit Studien aus anderen Laboratorien vergleichen. Die verwendete Apparatur hat eine einzigartige Konfiguration, die Kammern waren klein und die gepaarten Tiere hatten visuellen, olfaktorischen und akustischen Kontakt miteinander. Die generierten Daten werden größtenteils auf eigentümliche Weise durch die Hardware und Software eines relativ komplexen Computerprogramms abgeleitet. Aus praktischer Sicht wäre es für andere Forscher äußerst schwierig, die Studie zu wiederholen. Das Komitee ist sich bewusst, dass es Debatten über die Interpretation und Bedeutung der Ergebnisse dieser Studie gegeben hat. Ross und Daston (1995) weisen beispielsweise darauf hin, dass eine verminderte Fellpflege ein Anzeichen für eine Krankheit sein kann. Aufgrund der hohen Fluoridkonzentrationen, die in der Studie verwendet wurden, ist es möglich, dass die Tiere Magen-Darm- oder Nierenbeschwerden hatten (Whitford und Taves 1973; Pashley et al. 1984; siehe auch Kapitel 9). Wie oben diskutiert, stimmt das Komitee zu, dass es Schwierigkeiten bei der Interpretation der Ergebnisse der Studie gibt, aber diese Schwierigkeiten rechtfertigen nicht die Ablehnung der Ergebnisse. Die Studie lieferte einige Hinweise darauf, dass die Fluoridexposition (vor der Geburt, beim Abstillen oder im Erwachsenenalter) das Verhalten von Ratten beeinflusst haben könnte, allerdings fast immer auf geschlechtsspezifische Weise.

In einer anderen Art von Studie wurden Schweizer Albino-Mäuse 30 Tage lang mit NaF in Konzentrationen von 60, 120 und 30 mg/l in Wasser behandelt und täglich 1 Stunde nach der Behandlung Verhaltenstests durchgeführt. Die Tests umfassten Akinese, Katalepsie, Schwimmausdauer und einfache Labyrinthtests. Tiere in der 120 mg/l-Gruppe schnitten in allen Tests schlechter ab. Histologische Veränderungen, die in den Gehirnen dieser Tiere beobachtet wurden, werden später in diesem Kapitel besprochen (Bhatnagar et al. 2002).

Paul et al. (1998) untersuchten die Auswirkungen von NaF auf die motorische Aktivität und Koordination weiblicher Wistar-Ratten. Die Ratten wurden 20 Monate lang durch Magenintubation mit 40 oder 2 mg/kg/Tag NaF behandelt und in einer Aktivitätskammer und auf einem Rota-Rod-Gerät getestet. Aufgrund der hohen Sterblichkeitsraten unter den Männchen in Vorstudien wurden nur weibliche Ratten verwendet. In beiden Behandlungsgruppen wurden Nahrungsaufnahme und Körpergewichtszunahme dosisabhängig reduziert. Eine Verringerung der spontanen motorischen Aktivität basierte auf Ergebnissen eines Geräts, das jede Art von Bewegung, Körperanpassung oder Zuckung aufzeichnete. Dies sollte nicht mit erhöhter Aktivität verwechselt werden, die durch Bewegungsbewegungen in einer großen Arena gemessen wird. Im Rota-Rod-Motorkoordinationstest wurden keine signifikanten Veränderungen zwischen den behandelten und den Kontrollratten beobachtet. Es gab eine dosisabhängige Abnahme der Cholinesterase im Blut, jedoch nicht im Gehirn. Ähnliche Auswirkungen auf die motorische Aktivität wurden in anderen Studien beobachtet, in denen Ratten mit 500 mg/l NaF im Trinkwasser behandelt wurden. Bei dieser Konzentration wurden Veränderungen der Acetylcholinesterase-Konzentrationen im Gehirn festgestellt (Ekambaram und Paul 2001, 2002).

Varner et al. (1994) untersuchten die Auswirkungen der chronischen Verabreichung von Aluminiumfluorid (AlF₃), über das Verhalten von Long-Evans-Ratten. AlF₃wurde in Trinkwasser in Konzentrationen von 0.5, 5.0 oder 50 mg/L verabreicht. In Bezug auf Fluor entsprechen diese Werte 0.34, 3.4 und 34 mg/L. Die Tiere waren zu Beginn des Experiments zwischen 130 und 154 Tage alt und wurden 45 Wochen lang nach diesem Programm gehalten. Bei den mit AlF behandelten Tieren₃ Bei 5 und 50 mg/l wurden keine Verhaltensunterschiede festgestellt, weder bei der Aktivität auf freiem Feld, noch bei Schrittmustern beim Gehen, noch beim spontanen Armwechsel in einem T-Labyrinth, noch bei einem Test der motorischen Koordination oder bei zwei Lern- und Gedächtnistests im Morris-Wasserlabyrinth. (Die Anzahl der Ratten in der 0.5-mg/l-Gruppe war zu gering, um aussagekräftige Ergebnisse zu liefern.) Die einzige festgestellte Verhaltensänderung war die fehlende Präferenz für den Ort eines Bananengeruchs gegenüber dem Ort eines Zitronengeruchs. Kontrolltiere bevorzugen im Allgemeinen den Bananengeruch. Dieses allgemeine Fehlen von Verhaltenseffekten trat trotz umfangreicher histologischer Veränderungen auf, die mit neuronalen Schäden und Zelltod im Hippocampus und anderen Teilen des Vorderhirns verbunden waren.

Die vollständigen Analysen der Veränderungen im Gehirn von Ratten, denen eine der drei AlF-Dosen verabreicht wurde₃ von Varner et al. (1994) wurden in einem separaten Artikel beschrieben (Varner et al. 1993). Alle Gruppen der AlF₃-exponierte Ratten erlitten erhebliche Zellverluste in den CA1- und CA3-Bereichen des Hippocampus, die jedoch nicht dosisabhängig waren. Bei den behandelten Tieren wurden zwei Arten von Zellanomalien festgestellt: (1) argentophile Zellen im gesamten Hippocampus und Gyrus dentatus mit erheblicher Ausschöpfung von Zellen im CA2-Bereich; und (2) erhöhte Aluminiumfluoreszenz in den meisten Teilen des Gehirns, insbesondere in den Innen- und Außenauskleidungen einer großen Zahl großer und kleiner Blutgefäße. In Blutgefäßen wurden manchmal intravaskuläre Einschlüsse von Aluminiumpartikeln festgestellt. Zellen mit Aluminiumeinschlüssen waren nicht ungewöhnlich. Diese Zunahme der Aluminiumablagerungen ist nicht überraschend, da die im Gehirn gefundene Aluminiummenge fast doppelt so hoch war wie bei Kontrolltieren.

Varner et al. (1998) führten eine zweite Studie durch, um den relativen Beitrag von Fluorid zur hohen Sterblichkeit in der 0.5-mg/L-Gruppe der früheren Studie zu ermitteln, die histologischen Verfahren zur Untersuchung der Gehirne zu erweitern und festzustellen, ob die hohen Sterblichkeitsraten nach dieser niedrigen Dosis bei einer Wiederholung festgestellt werden würden. Drei Gruppen von neun erwachsenen Ratten wurde AlF verabreicht.₃ bei 0.5 mg/L, NaF bei 2.1 mg/L (enthält die gleiche Menge Fluorid wie das AlF₃ Gruppe) oder doppelt destilliertes deionisiertes Wasser für ein Jahr. Während dieser Zeit tranken sechs von neun Tieren die AlF₃ Wasser starben, drei der neun Tiere, die NaF tranken, starben, und ein Tier aus der Kontrollgruppe starb. Der Aluminiumgehalt in Gehirn, Niere und Leber wurde mit einer Gleichstromplasmatechnik gemessen, die für die Verwendung mit Geweben mit hohem Fettgehalt modifiziert wurde. Gehirne sowohl aus NaF als auch aus AlF₃ Gruppen hatten mehr als doppelt so viel Aluminium wie die Gehirne der Kontrolltiere. Dies unterstützt die Arbeit von Strunecka et al. (2002), die darauf hinweist, dass Fluorid die Aufnahme von Aluminium erhöht. Die Aufnahme war jedoch organspezifisch. In den Nieren oder der Leber wurde kein Anstieg von Aluminium festgestellt. Schnitte aus den Gehirnen aller Tiere wurden auf eine Weise verarbeitet, die ihre Färbung mit Hämatoxylin und Eosin, der Morin-Färbung für Aluminium (und Gegenfärbung mit Kresylviolett) und einer modifizierten Bielschowsky-Silberfärbung sowie mit Antiseren, die spezifisch für IgM, ?-Amyloid oder Amyloid A sind, ermöglichte.

Es gab einen fortschreitenden Rückgang des Auftretens der AlF₃behandelte Ratten verglichen mit NaF- oder Kontrolltieren vor ihrem Tod. Ihr Haar war spärlich und ihre Haut hatte eine kupferfarbene Farbe. Zehennägel und Zähne wiesen auf einen Zustand hin, der auf eine Hypermelanose hindeutete. Das Körpergewicht variierte jedoch nicht zwischen den Gruppen. Hemisphärische Unterschiede im Gehirn wurden bei der Verteilung von Aluminium mithilfe des Morin-Färbeverfahrens mit ultraviolettem Mikroskop festgestellt. In den Schichten 5 und 6 des parietalen Neokortex und des Hippocampus der linken im Vergleich zur rechten Hemisphäre in der AlF-Gruppe wurde eine größere Menge an Aluminiumfluoreszenz beobachtet₃-behandelte Ratten. Die Bereiche CA3 und CA4 waren die am stärksten betroffenen Regionen des Hippocampus.

Das Vorkommen abnormaler Zellen wurde auch in allen Gehirnen festgestellt. Anzeichen neuronaler Anomalien waren Chromatinverklumpung, verstärkte Proteinfärbung, Pyknose, Vakuolisierung, geisterhaft geschwollenes Aussehen von Zellen und verstärkte Silberfärbung in Zellkörpern und ihren Prozessen. Sowohl NaF als auch AlF₃ Behandlungen führten zu zellulären Verzerrungen in den kortikalen Schichten 2 und 3 beider Hemisphären, aber verstärkte zelluläre Anomalien in den Schichten 5 und 6 wurden nur in der linken Hemisphäre gefunden. Beide Behandlungen führten auch zu einer verringerten Anzahl von Zellen in der linken CA3-Region des Hippocampus, aber nur die AlF₃ Die Behandlung reduzierte die Zellzahl in diesem Bereich der linken Hemisphäre. Diese Beobachtungen ähneln früheren Befunden im Gehirn von Katzen nach intraventrikulärer Verabreichung von Aluminiumchlorid (Crapper und Dalton 1973).

Sowohl die AlF₃ und die NaF-Behandlungen erhöhten die Färbung von Neuronen für IgM in der rechten Hemisphäre. Es wurden keine Unterschiede zwischen den Gruppen in Bezug auf das Vorhandensein von IgM auf der linken Seite des Gehirns festgestellt. Geringe Mengen an IgM wurden im Hippocampus und im Gyrus dentatus gefunden, jedoch ohne Gruppenunterschiede. Die Kontrollgruppe hatte wenige Fälle von ?-Amyloid, aber die Gehirne der AlF₃-behandelte Tiere zeigten eine bimodale Verteilung von Ablagerungen im Gefäßsystem des dorsalen Thalamus. Die Färbung war entweder sehr stark oder nicht vorhanden. Die mit NaF behandelte Gruppe zeigte eine ähnliche Bimodalität der Ansammlung von ?-Amyloid im rechten lateralen hinteren Thalamusbereich.

Das von Varner et al. (1998) entdeckte Muster neuronaler Degeneration wurde auch in zwei anderen Studien festgestellt (Bhatnager et al. 2002; Shivarajashankara et al. 2002). In der weiter oben in diesem Kapitel beschriebenen Studie von Bhatnager et al. (2002) beobachteten die Forscher eine signifikante Anzahl degenerierter Nervenzellkörper in den hippocampalen Subregionen CA3 und CA4 und im Gyrus dentatus. Shivarajashankara et al. (2002) setzten Wistar-Ratten in der letzten Woche der Schwangerschaft und 10 Wochen nach der Geburt im Uterus NaF aus. Die Tiere erhielten entweder 30 oder 100 mg/l in ihrem Trinkwasser. Nach Ablauf der 10 Wochen wurden die Tiere getötet und ihre Gehirne seziert und mit Kresylviolett gefärbt. Bei den mit 30 mg/l behandelten Tieren waren nur geringe Veränderungen zu beobachten, aber die Gehirne der mit 100 mg/l behandelten Tiere wiesen starke Neurodegeneration auf. In den Regionen CA1 und CA3 des Hippocampus gab es nur wenige normal erscheinende Pyramidenzellen. Fast alle Zellen in diesen Bereichen waren pyknotisch und zeigten in ihrem geschrumpften Zytoplasma intensiv gefärbtes Protein. Neuronale Degeneration, wenn auch in geringerem Ausmaß, wurde in den oberen Schichten des Neokortex, der Amygdala und des Kleinhirns festgestellt. Diese Bereiche wurden von Varner et al. (1998) nicht ausführlich untersucht.

Die Wechselwirkungen zwischen Fluorid und Aluminium wurden in Laboren und in der Umwelt untersucht. Es gibt Hinweise darauf, dass Fluorid die Aufnahme von Aluminium fördert und dass Aluminium die Aufnahme von Fluorid verringert (Spencer et al. 1980, Ahn et al. 1995). Dies erschwert die Vorhersage der Auswirkungen der Exposition gegenüber aluminium- oder fluorhaltigen Komplexen in natürlichen Situationen.

Zahlreiche Studien haben biochemische Veränderungen im Gehirn untersucht, die mit Fluorid in Zusammenhang stehen. Guan et al. (1998) berichteten beispielsweise über Veränderungen im Phospholipidgehalt des Gehirns von Ratten, die 30-100 Monate lang 3 oder 7 mg/l NaF ausgesetzt waren. Die deutlichsten Veränderungen wurden bei Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylcholin und Phosphatidylserin festgestellt.

Nach 7 Monaten Behandlung war der Ubichinonspiegel deutlich erhöht, wahrscheinlich als kompensatorische Reaktion auf die Zunahme freier Radikale im Gehirn. Fluorid verringert nachweislich die Aktivität von Superoxiddismutase (Guan et al. 1989) und Glutathionperoxidase (Rice-Evans und Hoschstein 1981), was zu einer Zunahme freier Radikale führt.

Subkutan injiziertes NaF veränderte bei Kaninchen den Lipidstoffwechsel im Gehirn (Shashi 1992b) und die Konzentrationen von Proteinen, freien Aminosäuren und RNA im Gehirn (Shashi et al. 1994).

Anhand von Ratten-Neokortex-Scheiben stellte Jope (1988) fest, dass NaF die Hydrolyse von Phosphoinositid durch Aktivierung eines G-Proteins, Gp, stimulierte. Dieses Protein fungiert als Überträger zwischen Rezeptoren und Phospholipase C. Er fand auch heraus, dass ein dem Präparat zugesetzter Metallchelator diesen Effekt eliminierte. Diese Information und andere Beobachtungen führten zu der Schlussfolgerung, dass das wirksame Mittel bei der Hydrolyse ein AlF war._xKomplex. Unter seinen experimentellen Bedingungen wurde der AlF₄ wurde höchstwahrscheinlich aus Spuren von Aluminium gebildet, das aus dem Glas stammte, oder aus einem fluorhaltigen Schadstoff in einem Reagenz. Die Zugabe größerer Mengen Aluminium verstärkte den Hydrolyseeffekt nicht. Tatsächlich wurde er durch die Zugabe größerer Mengen Aluminium gehemmt. Wie in mehreren Experimenten sind es die niedrigen Aluminiumfluoridkonzentrationen, die die stärksten biochemischen oder physiologischen Effekte hervorrufen. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu beachten, dass selbst wenn die Bioverfügbarkeit von Aluminium bei Ratten und anderen Labortieren gering ist, nur eine kleine Menge ausreicht, um unerwünschte Effekte hervorzurufen (Yokel et al. 2001).

Viele der unerwünschten Wirkungen von Fluorid sind auf die Bildung von AlF zurückzuführen._x Komplexe. AlF_x und BeF_x Komplexe sind kleine anorganische Moleküle, die die chemische Struktur eines Phosphats nachahmen. Als solche beeinflussen sie die Aktivität von Phosphohydrolasen und Phospholipase D. Zur Bildung von AlF sind nur mikromolare Konzentrationen von Aluminium erforderlich._x(Sternweis und Gilman 1982). Die G-Protein-Effekte von AlF_xsind nicht auf Enzyme beschränkt, die Phosphate oder Nukleotidpolyphosphate binden (Chabre 1990). AlF_x beeinträchtigt auch den Polymerisations-Depolarisationszyklus von Tubulin. Dies könnte für einige der stark gefärbten Neurofilamente in den Gehirnzellen von Tieren verantwortlich sein, die chronischem NaF ausgesetzt waren (Varner et al. 1993, 1998). AlF_x scheint an enzymgebundenes GDP oder ADP zu binden, imitiert also GTP oder ATP und erzeugt gewissermaßen „falsche Botschaften“ im Gehirn. Diese Bindungsfähigkeit ist wahrscheinlich auf die molekularen Ähnlichkeiten zwischen AlF zurückzuführen.₃(OH) und einer Phosphatgruppe in der Molekülstruktur, insbesondere einer tetraedrischen Anordnung (Strunecka und Patocka 2002).

G-Protein-gekoppelte Rezeptoren vermitteln die Freisetzung vieler neuronaler Transmitter, darunter Katecholamine, Serotonin, ACh und die exzitatorischen Aminosäuren. Sie sind auch an der Regulierung von Glucagon, Vasopressin, Neuropeptiden, endogenen Opioiden, Prostaglandinen und anderen wichtigen systemischen Einflüssen auf Gehirn und Verhalten beteiligt. AlF_x ist auch an der Regulierung des Melatoninsystems der Zirbeldrüse sowie an der Verbindung zwischen Schilddrüsen-stimulierendem Hormon und Wachstumshormon beteiligt. In diesem Zusammenhang wurde gesagt: „Jedes Molekül AlF_x ist der Überbringer falscher Informationen“ (Strunecka und Patocka 2002, S. 275). Dies ist vielleicht eine genaue Zusammenfassung der AlF_xWirkung an einer einzelnen Synapse, aber das Gehirn ist ein hochredundantes und verstreutes Kommunikationssystem mit Millionen von Synapsen. Aus diesem Grund könnten beobachtbare Veränderungen geistiger oder motorischer Handlungen die Bildung einer Vielzahl falscher Botschaften in einer Reihe von Gehirnschaltkreisen erfordern, die über einen längeren Zeitraum hinweg aktiv sind. Daher wird die Anzahl der falschen Botschaften, die erforderlich sind, um ein „Handlungsmuster“ im Gehirn zu stören, wahrscheinlich je nach Art der laufenden Aktivitäten variieren.

Ein besonders wichtiger neurochemischer Transmitter, der fast alle Bereiche des Gehirns erreicht, ist ACh. Wie oben diskutiert, zeigen einige Studien, dass NaF und SiF Cholinesterasen, einschließlich Acetylcholinesterase, hemmen. Die fortschreitende Ansammlung von ACh an synaptischen Stellen, die durch die verminderte Esteraseaktivität verursacht wird, führt zu einer Reihe komplexer Effekte, die als anfängliche Steigerung der Stimulation der Zielzellen zusammengefasst werden können, aber letztendlich zu einer verminderten Stimulation – sogar zu einer Blockade aller Aktivität – führen. Dieser frühere Dialog betonte zu Recht die verhaltensbezogene Bedeutung der cholinergen Aktivität im Gehirn und Körper im Allgemeinen.

Long et al. (2002) berichteten über Veränderungen der Anzahl der Acetylcholinrezeptoren (nAChRs) im Rattenhirn aufgrund von Fluorid. Den Ratten wurde 30 Monate lang NaF im Trinkwasser in einer Konzentration von 100 oder 7 mg/l verabreicht. In den Gehirnen der Ratten aus beiden Behandlungsgruppen wurde eine verringerte Anzahl von nAChR?7-Untereinheiten festgestellt, aber nur die Gehirne der 100-mg/l-Gruppe wiesen weniger nAChR?4-Untereinheiten dieses Rezeptors auf. Diese Ergebnisse sind von Interesse, da Veränderungen der nikotinischen Rezeptoren mit der Entwicklung der Alzheimer-Krankheit (Lindstrom 1997; Newhouse et al. 1997) und in frontalen Gehirnbereichen mit Schizophrenie (Guan et al. 1999) in Zusammenhang gebracht wurden.

Bei der Bewertung der möglichen gesundheitlichen Auswirkungen von Fluorid in einer Konzentration von 2-4 mg/l fand das Komitee drei Studien an Menschen, die diesen Konzentrationen im Trinkwasser ausgesetzt waren, die für die Bewertung der möglichen neurologischen Auswirkungen hilfreich waren. Diese Studien wurden in verschiedenen Gebieten Chinas durchgeführt, in denen die Fluoridkonzentrationen zwischen 2.5 und 4 mg/l lagen. Es wurden die IQs von Kindern aus diesen Bevölkerungsgruppen mit denen von Kindern verglichen, die einer geringeren Fluoridkonzentration im Bereich von 0.4 bis 1 mg/l ausgesetzt waren. Die Studien ergaben, dass die modalen IQ-Werte zwar unverändert blieben, die durchschnittlichen IQ-Werte bei den stärker exponierten Kindern jedoch niedriger waren. Dies lag daran, dass es weniger Kinder im hohen IQ-Bereich gab. Obwohl die Studien nicht detailliert genug waren, um ihre Qualität und ihre Relevanz für die US-Bevölkerung vollständig bewerten zu können, rechtfertigt die Konsistenz der Gesamtergebnisse weitere Forschungen zu den Auswirkungen von Fluorid auf die Intelligenz. Auch die Untersuchung anderer geistiger und physiologischer Veränderungen, die in der Literatur zu den Fallstudien berichtet werden, darunter geistige Verwirrung und Lethargie, sollte untersucht werden.

Einige Tierstudien haben von Verhaltensänderungen bei Nagetieren nach der Behandlung mit Fluorid berichtet. Die beobachteten Veränderungen waren jedoch nicht besonders ausgeprägt und könnten auf Veränderungen der Hormon- oder Peptidaktivität zurückzuführen sein. In Tierstudien wurden bisher herkömmliche Methoden verwendet, um Lern- und Gedächtnisfähigkeiten oder arttypisches Verhalten an neuen Orten zu messen. Die Aufgaben zur Messung von Lernfähigkeit und Gedächtnis erforderten keine nennenswerte geistige Anstrengung. Es gab keine Studien zu höheren geistigen Funktionen, veränderten Reaktionen auf Stress, Reaktionen auf Krankheitszustände oder zusätzlichen Reaktionen auf bekannte Neurotoxine. Es gibt Verfahren, mit denen kognitive Funktionen getestet werden können, aber sie sind arbeitsintensiv und wurden in den letzten 60 Jahren selten eingesetzt. Ein Beispiel ist der von Maier (1929) entwickelte Denktest, der herausfand, dass selbst eine kleine Läsion des Neokortex die Leistung im Denktest beeinträchtigte (Maier 1932). Ein neueres Beispiel ist der verzögerte Positionstest mit unterschiedlichen Ergebnissen (Savage 2001), der gezeigt hat, dass eine Schädigung des Hippocampus das Lernen beeinträchtigen kann.

Wie in Kapitel 2 erwähnt, kann es unter bestimmten Bedingungen zu einer Exposition gegenüber Fluorsilikaten kommen. Es gibt Berichte, dass diese Chemikalien die Aufnahme von Blei in Körper und Gehirn erhöhen, während dies bei NaF nicht der Fall ist. Weitere Forschung ist erforderlich, um zu klären, wie Fluorsilikate möglicherweise andere biologische Auswirkungen als Fluoridsalze haben.

Es wurde gezeigt, dass Lipide und Phospholipide, Phosphohydrolasen und Phospholipase D sowie der Proteingehalt im Gehirn von Labortieren nach Fluoridexposition abnahmen. Die größten Veränderungen wurden bei Phosphatidylethanolamin, Phosphotidylcholin und Phosphotidylserin festgestellt. Fluoride hemmen auch die Aktivität von Cholinesterasen, einschließlich Acetylcholinesterase. In letzter Zeit ist die Anzahl der Rezeptoren für Acetylcholin

In den Gehirnregionen, die für die geistige Stabilität und das Abrufen von Erinnerungen als besonders wichtig gelten, ist eine Verringerung festgestellt worden.

Es scheint, dass viele der Wirkungen von Fluorid und der Aluminofluoridkomplexe durch die Aktivierung von Gp, einem Protein der G-Familie, vermittelt werden. G-Proteine ​​vermitteln die Freisetzung vieler der bekanntesten Transmitter des zentralen Nervensystems. Fluoride beeinflussen nicht nur die Transmitterkonzentrationen und -funktionen, sondern sind auch an der Regulierung von Glucagonen, Prostaglandinen und einer Reihe von Peptiden des zentralen Nervensystems beteiligt, darunter Vasopressin, endogene Opioide und andere hypothalamische Peptide. Das AlF_x bindet an GDP und ADP und verändert deren Fähigkeit, das Triphosphatmolekül zu bilden, das für die Energieversorgung der Zellen im Gehirn unerlässlich ist. Somit ist AlF_x sendet nicht nur falsche Signale an das gesamte Nervensystem, sondern verringert gleichzeitig die für die Gehirnfunktion notwendige Energie.

Fluoride erhöhen außerdem über verschiedene biologische Wege die Produktion freier Radikale im Gehirn. Diese Veränderungen stehen im Zusammenhang mit der Möglichkeit, dass Fluoride das Risiko für die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit erhöhen. Heute werden Störungen des aeroben Stoffwechsels im Gehirn, eine Verringerung der Wirksamkeit von Acetylcholin als Transmitter und eine Zunahme freier Radikale als ursächliche Faktoren für diese Krankheit angesehen. Um die biochemischen Auswirkungen von Fluorid auf das Gehirn zu klären, bedarf es weiterer Forschung.

Studien an Ratten, die NaF oder AlF ausgesetzt waren₃ haben über Zellverzerrungen in den äußeren und inneren Schichten des Neokortex berichtet. Neuronale Deformationen wurden auch im Hippocampus und in geringerem Ausmaß in der Amygdala und im Kleinhirn festgestellt. Aluminium wurde in Neuronen und Glia sowie in der Auskleidung und im Lumen von Blutgefäßen im Gehirn und in der Niere nachgewiesen. Die erhebliche Verstärkung reaktiver Mikroglia, das Vorhandensein gefärbter intrazellulärer Neurofilamente und das Vorhandensein von IgM, das bei Nagetieren beobachtet wurde, stehen im Zusammenhang mit Anzeichen von Demenz beim Menschen. Das Ausmaß der Veränderungen war groß und in allen Studien konsistent. Vor diesem Hintergrund kommt das Komitee zu dem Schluss, dass weitere Forschung in diesem Bereich erforderlich ist, ähnlich der, die auf einem EPA-Workshop über Aluminiumkomplexe und Neurotoxizität am 2. und 3,1999. Februar 2002 diskutiert und von NTP (XNUMX) zur Untersuchung empfohlen wurde.

Auf der Grundlage von Informationen, die größtenteils aus histologischen, chemischen und molekularen Studien stammen, ist es offensichtlich, dass Fluoride die Funktionen des Gehirns und des Körpers auf direkte und indirekte Weise beeinträchtigen können. Um die möglichen schädlichen Auswirkungen von Fluorid zu bestimmen, sind zusätzliche Daten sowohl aus der experimentellen als auch aus der klinischen Wissenschaft erforderlich.

• Die in China durchgeführten Studien haben die Möglichkeit aufgeworfen, dass Fluorid die intellektuellen Fähigkeiten beeinträchtigen kann. Daher sollten Studien an Bevölkerungen, die unterschiedlichen Fluoridkonzentrationen im Trinkwasser ausgesetzt sind, Messungen der Denkfähigkeit, der Problemlösung, des IQ sowie des Kurz- und Langzeitgedächtnisses umfassen. Es sollte darauf geachtet werden, dass geeignete Testmethoden verwendet werden, dass alle Quellen der Fluoridexposition bewertet werden und dass die Vergleichspopulationen einen ähnlichen Kulturkreis und sozioökonomischen Status haben.
• Es sollten Studien an Populationen durchgeführt werden, die unterschiedlichen Fluoridkonzentrationen ausgesetzt sind, um neurochemische Veränderungen zu untersuchen, die mit Demenz in Zusammenhang stehen könnten. Dabei sollten die Auswirkungen chronischer Exposition, Auswirkungen, die verzögert oder erst später im Leben auftreten können, sowie die individuelle Anfälligkeit berücksichtigt werden (siehe Kapitel 2 und 3 zur Diskussion von Subpopulationen, die aufgrund der Exposition bzw. physiologischer Aspekte anfälliger für die Auswirkungen von Fluorid sein könnten).
• Es sind weitere Tierstudien zur Beurteilung des Denkvermögens erforderlich. Diese Studien müssen sorgfältig konzipiert werden, um kognitive Fähigkeiten zu messen, die über das Auswendiglernen oder das Erlernen einfacher Assoziationen hinausgehen, und um umweltrelevante Fluoriddosen zu testen.
• Derzeit können Fragen zu den Auswirkungen der zahlreichen histologischen, biochemischen und molekularen Veränderungen, die durch Fluoride verursacht werden, nicht mit spezifischen Verhaltensänderungen oder bekannten Krankheiten in Verbindung gebracht werden. Weitere Studien über die Zusammenhänge zwischen den Veränderungen im Gehirn und ihren Auswirkungen auf den Hormon- und Neuropeptidstatus des Körpers sind erforderlich. Solche Zusammenhänge müssen detaillierter und unter verschiedenen Umweltbedingungen untersucht werden.
• In den meisten Studien zu neuronalen und Verhaltensreaktionen wurde NaF getestet. Es ist wichtig zu bestimmen, ob andere Fluoridformen (z. B. Silicofluoride) in Tiermodellen dieselben Wirkungen hervorrufen.