Kartierung der Restfluoridkonzentrationen im Wasser und geologischer Muster in einem ländlichen, halbtrockenen Gebiet Brasiliens.

Einführung

Fluor ist ein stark elektronegatives Ion und weit verbreitet in der Umwelt, wodurch es schnell Bindungen mit positiv geladenen Elementen eingehen kann. Fluor ist ein natürlich vorkommendes Element und löst sich leicht in Wasser, Boden und Luft.¹.

Die Fluoridierung des Trinkwassers wird von den Centers for Disease Control and Prevention als eine der größten Errungenschaften im Bereich der öffentlichen Gesundheit des 20. Jahrhunderts angesehen; sie ist verantwortlich für die Verringerung von Karies und leistet einen bedeutenden Beitrag zur Verbesserung der Mundgesundheit.²In den Vereinigten Staaten reduziert eine optimale Fluoridierung des Trinkwassers Karies um etwa 20–40 Prozent. In England konnte gezeigt werden, dass die Trinkwasserfluoridierung Karies bei Kindern ab etwa 5 Jahren um 44 Prozent reduziert.^2,3.

Wasser und daraus hergestellte Getränke sind die Hauptquelle der systemischen Fluoridaufnahme; fluoridiertes Wasser macht etwa 75 Prozent der Fluoridaufnahme über die Nahrung in der Bevölkerung aus.⁴Es werden verschiedene Methoden der Fluoridaufnahme erörtert, darunter die lokale und systemische Anwendung von Fluorid. Von allen verfügbaren Methoden ist die Fluoridierung des kommunalen Trinkwassers die kostengünstigste und sicherste Art der Fluoridversorgung.⁵.

Systematische Übersichtsarbeiten kamen zu dem Schluss, dass diese kombinierte Intervention wirksam Karies bei Kindern reduziert, sowohl im Milchgebiss als auch im bleibenden Gebiss, und dass die einzige Nebenwirkung ein erhöhtes Risiko für Zahnfluorose ist.^6,7.

In ariden und semiariden Gebieten hingegen beziehen ländliche und arme Gemeinschaften ihr Wasser aus Grundwasserleitern oder Zisternen.⁸ und es für Landwirtschaft und Trinken verwenden.⁹Der hohe Fluoridgehalt im Wasser ist auf geologische Gegebenheiten zurückzuführen, bei denen fluoridhaltiger Boden das Grundwasser mit hohen Fluoridkonzentrationen verunreinigt.^10,11 Der Konsum von Grundwasser mit einem hohen Fluoridgehalt (1.5 mg/ml) kann zu einer Reihe von Gesundheitsproblemen führen, darunter Zahn- und Skelettfluorose.¹².

Viele Faktoren können die Fluoridkonzentration im Trinkwasser beeinflussen, wie beispielsweise die Mineralzersetzung in Gesteinen, Niederschläge sowie die Wasser- und Lufttemperatur.¹³Das größte Fluoridvorkommen gilt als natürliche Quelle in Gesteinen und Mineralien, die Fluorid in ihrer Zusammensetzung enthalten.¹⁴Fluor ist bei hohen Temperaturen mobil und aufgrund seiner Leichtigkeit instabil. Der größte Teil des Fluors findet sich in sauren magmatischen Gesteinen, mineralisierten Gängen und Sedimentgesteinen, in denen biogeochemische Reaktionen stattgefunden haben; es ist auch in primären Mineralen wie Biotit und Amphibol vorhanden und ersetzt dort Hydroxylgruppen in Mineralstrukturen (OH).^-15Von den Mineralien, aus denen Gesteine ​​bestehen und deren Hauptbestandteil Fluorid ist, sind nur Fluorit und, in geringerem Maße, Topas relativ häufig.

Aufgrund des Risikos für die menschliche Gesundheit durch Fluoridbelastung im Grundwasser eines semiariden Gebiets, dessen fluoridhaltiges Grundwasser mangels alternativer Wasserquellen die Hauptquelle für Trink- und Bewässerungswasser darstellt, und angesichts des Mangels an Informationen über die mit dem Trinken von Grundwasser verbundenen Gesundheitsrisiken, konzentrierte sich diese Studie auf die Bewertung der Fluoridkonzentrationen im Grundwasser, die Beurteilung der Trinkwasserqualität im Vergleich zu den Trinkwasserqualitätsstandards der Weltgesundheitsorganisation (WHO, 2017) sowie die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen Fluorid im Grundwasser und geologischen sowie hydrochemischen Erkenntnissen.

Methoden

Untersuchungsgebiet

Poço de José de Moura ist ein Fluorid-Endemiegebiet mit einer Fläche von 100,971 km¹⁰ und ein IDHM 0,574, etwa 540 km von João Pessoa, der Hauptstadt von Paraíba, im Nordosten Brasiliens entfernt¹⁶ (Feige. 1Die Stadt liegt durchschnittlich etwa 280 m über dem Meeresspiegel. Die vorherrschende Vegetation ist die Caatinga, typisch für den semiariden Nordosten des Landes. Das Klima wird nach der Köppen-Klimaklassifikation als semiarid eingestuft. Es zeichnet sich durch ganzjährig hohe Temperaturen und eine ausgeprägte Trockenzeit aus. Die Niederschlagsmenge ist relativ gering, was typisch für semiaride Gebiete ist. Der durchschnittliche Jahresniederschlag beträgt rund 700 mm, wobei der Großteil zwischen Februar und Mai fällt. Während der Trockenzeit, die mehrere Monate dauern kann, fällt kaum oder gar kein Niederschlag (INPC, 2024).

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Abb.. 1

Allgemeiner Standort des Studiengebiets. Poço de José de Moura liegt im westlichen Teil von Paraíba, im Nordosten Brasiliens, 540 km von der Landeshauptstadt João Pessoa entfernt.

Für diese Studie wurde das ländliche Gebiet Poço de Jose de Moura-PB ausgewählt, da dort historisch bedingt natürliche Fluoridrückstände im Trinkwasser vorkommen. Die Probenahme erfolgte anhand ländlicher Cluster und unter Berücksichtigung der Angaben des örtlichen Gesundheitsamtes.

Die gleiche Methodik, die vom brasilianischen Gesundheitsministerium für die nationale Mundgesundheitsstudie verwendet wurde.¹⁷Für die Datenerhebung wurden ländliche Dörfer anhand des primären Gemeindegesundheitsberichts identifiziert und ausgewählt. Kriterien hierfür waren unter anderem das Vorhandensein von Familienzentren, Schulen, Kirchen oder Postämtern. Anschließend besuchte ein aus zwei geschulten Personen bestehendes Datenerhebungsteam Haushalte im Umkreis von 500 m um die jeweilige Familieneinrichtung oder den zentralen Anlaufpunkt des Clusters (Kirche oder Schule).

Die Datenerhebung wurde vom 25. bis 29. November 2024 bei einer Temperatur von 32ºC einheitlich von derselben Person unter Verwendung sauberer Falcon 50 ml-Behälter durchgeführt, die zuvor mit Perchlorsäure und deionisiertem Wasser gewaschen worden waren.

Geologische Merkmale

Das Gebiet Poço de Jose de Moura wird hauptsächlich vom Sedimentbecken Rio do Peixe bedeckt, wobei der Jaguaretama-Komplex den nördlichen Teil bildet, wie in Abb. dargestellt. 2.

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Abb.. 2

Die Lage der Probenahmestellen und der geologische Kontext der Stadt. Der größte Teil der Gemeinde gehört zur geologischen Einheit des Sedimentbeckens Rio do Peixe, das hier durch die Formationen Sousa und Antenor Navarro über dem Jaguaretama-Komplex charakterisiert ist und von alluvialen Ablagerungen bedeckt ist, die mit dem Entwässerungssystem in Verbindung stehen.

Laut CPRM¹⁸Das Becken des Rio do Peixe umfasst die Formationen Antenor Navarro, Sousa und Rio do Peixe. Diese bestehen im Allgemeinen aus tonigen Sandsteinen mit eingelagerten Karbonatschichten. Die Einheit ist teilweise von Flussbettsand und alluvialen Ablagerungen bedeckt. Die Antenor-Navarro-Formation lagerte sich direkt im kristallinen Grundgebirge ab, während der Jaguaretama-Komplex im nördlichen Teil der Gemeinde liegt und überwiegend aus metamorphen magmatischen Gesteinen besteht.

Ergebnisse

An allen Standorten wurden Restfluoridwerte beobachtet, die von 0.04 reichten.±0.00 mgF/L am São Geraldo auf 6.56±2.81 mgF/L in Monteiro (Tabelle (Tabelle22).

Tabelle 2

Verteilung der Probenahmestellen nach Bevölkerungsschätzung und Restfluoridkonzentration. Poço de José de Moura-PB, Brasilien.

	Ländliches Gebiet	F-Konzentration (mg/L)	±dp
1	Torres	0.83	0.02
2	Pau D'arco	0.29	0.01
3	Rote Lagune	1.49	0.09
4	Nambi	0.15	0.00
5	Andere Seite	0.15	0.01
6	Silva	0.24	0.00
7	Pedro da Costa	3.92	0.90
8	Cambito	1.46	0.01
9	Jenipapeiro	0.25	0.00
10	Sao Geraldo	0.04	0.00
11	Carretão	0.80	0.04
12	Altamira	0.63	0.02
13	San Francisco	0.19	0.00
14	Carnaubinha	0.59	0.03
15	Barreiros	4.18	1.21
16	Vaquejador	0.80	0.02
17	Monteiro	6.56	2.81
18	Alto dos Seixos	0.46	0.03
19	Cabacos	1.14	0.03
20	Bezerro Amarrado	0.13	0.01
21	Caiçara	0.85	0.03
22	Recanto de Caiçara	1.49	0.16
23	Casa Velhas	0.22	0.01
24	Alto dos Gomes	0.21	0.01

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Signifikante Werte sind fett hervorgehoben.

Gemäß dem CECOL-Kriterium lagen die Fluoridkonzentrationen in 25.0 Prozent der Proben innerhalb der MRLs (0.55 bis 0.84 ppmF), während 33.3 Prozent über den MRLs lagen.

Auf Grundlage der Daten in den Tabellen Tabellen11 und und2,2, die Karte in Abb. 3 wurde eine Karte erstellt, die die Probenahmestellen für das Brunnenwasser in der gesamten Gemeinde Poço de José de Moura zeigt. Die gefundenen Fluoridkonzentrationen sind durch rote Kreise dargestellt. Die räumliche Verteilung von Fluor im Grundwasser zeigte eine Sättigung in den Sedimentgesteinen mit einer Anreicherung im nördlichen Teil der Gemeinde, nahe dem kristallinen Grundgebirge (Abb. 1). 2) und das Stadtzentrum der Gemeinde.

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Abb.. 3

Lage der Probenahmestellen mit den jeweiligen Fluoridkonzentrationen im Wasser. Die höchsten Konzentrationen befinden sich in der Nähe des Stadtzentrums. Abbildung 2 Ebenfalls dargestellt ist die kristalline Grundgebirgsregion nördlich der Gemeinde, die Gesteine ​​enthält, in denen höhere Fluoridkonzentrationen in Mineralien und Gesteinen zu erwarten sind.

Diskussion

Diese Studie ist der erste bekannte Versuch, den Fluoridgehalt im Grundwasser und seine potenziellen Auswirkungen auf die ländliche Bevölkerung in der Gemeinde Poço de José de Moura, Brasilien, zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen eine große Bandbreite an Fluoridkonzentrationen, wobei an mehreren Standorten der von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfohlene Grenzwert von 1.5 mg/l für Trinkwasser überschritten wurde. Diese Ergebnisse unterstreichen das potenzielle Risiko einer chronischen Fluoridbelastung für gefährdete Bevölkerungsgruppen wie Kinder.

Längsschnittliche Schwankungen der Fluoridkonzentrationen wurden nicht untersucht. Saisonale Schwankungen können die Fluoridwerte jedoch beeinflussen, wobei diese in den wärmeren Monaten häufig mit dem Wasserverbrauch ansteigen.²⁰Frühere Studien in der semiariden Region von Paraíba haben gezeigt, dass solche Schwankungen im Allgemeinen minimal sind.^21,22.

Erhöhte Fluoridwerte im Grundwasser sind ein weit verbreitetes Problem, insbesondere in ariden und semiariden Regionen weltweit. Schätzungsweise mehr als 200 Millionen Menschen sind weltweit betroffen, wobei Risikogebiete in Asien, Afrika und Lateinamerika dokumentiert sind.^7,22-27Im Einklang mit diesen globalen Mustern zeigten frühere Studien in der brasilianischen Halbtrockenregion, wie beispielsweise jene in Catolé do Rocha, ähnliche Ergebnisse.²⁸ und São João do Rio do Peixe²⁹Außerdem wurden Fluoridkonzentrationen weit über den zulässigen Grenzwerten festgestellt.

In der vorliegenden Studie wiesen Proben aus Pedro da Costa, Barreiros und Monteiro besonders hohe Fluoridkonzentrationen auf, wodurch diese Orte als fluorosegefährdet eingestuft werden. Dies deckt sich mit den Ergebnissen anderer brasilianischer Gemeinden, in denen das Trinkwasser bis zu 62 % der gesamten Fluoridaufnahme von Kindern ausmachte.³⁰Ähnliche Risiken wurden auch im ländlichen China beobachtet.¹⁴, Indien³¹und Tunesien³²Dies unterstreicht die Notwendigkeit einer lokalen Gesundheitsüberwachung in Fluorid-endemischen Regionen.

Das Vorkommen von Fluorid im Grundwasser ist eng mit geologischen Gegebenheiten verknüpft, insbesondere mit der mineralogischen Zusammensetzung der Grundwasserleiter. Im Untersuchungsgebiet befinden sich die meisten Brunnen im Sedimentbecken des Rio do Peixe, vor allem in den Formationen Antenor Navarro und Sousa. Diese Formationen enthalten Gesteinsarten wie Sandsteine, Tonsteine ​​und Karbonate, die bekanntermaßen fluoridhaltige Mineralien enthalten.^14,18,33-35.

Fluorid in diesen Gesteinen ist hauptsächlich an Tonminerale und Glimmer gebunden, die verwittern und Fluorid ins Grundwasser freisetzen können. Der Jaguaretama-Komplex im nördlichen Teil der Gemeinde umfasst metamorphe Gesteine ​​wie biotithaltige Orthogneise und Amphibolite, die ebenfalls zur geogenen Fluoridbelastung des Grundwassers beitragen (CPRM).¹⁸).

Neben lithologischen Faktoren spielen auch klimatische und hydrochemische Bedingungen eine bedeutende Rolle. Das semiaride Klima fördert die Verdunstung, was die Mineralauflösung verstärkt und zur Ausfällung von Calcium als CaCO₃ führt, wodurch die Calciumverfügbarkeit sinkt. Dies wiederum verringert die Bildung von CaF₂ (Fluorit) und erhöht die Fluoridkonzentration in der Lösung.^14,36.

Darüber hinaus zeichnet sich das Grundwasser der Region durch ein niedriges Ca/Na-Verhältnis und einen hohen pH-Wert aus, was beides die Fluoridmobilität fördert. Hohe pH-Werte verringern die Fluoridadsorption an Mineraloberflächen, während erhöhte Bicarbonat- und Natriumkonzentrationen die Desorption von Fluoridionen durch Hydroxylaustauschreaktionen verstärken.^13,15.

Trotz der geologischen und klimatischen Plausibilität einer Fluoridanreicherung im Grundwasser wurden in dieser Studie wesentliche wasserchemische Parameter wie pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit (EC) oder Hauptionen (z. B. Ca²⁺) nicht berücksichtigt.²+, Na+, HCO3^-Das Fehlen dieser Messungen schränkt die Möglichkeiten ein, hydrogeochemische Mechanismen zu bestätigen oder multivariate Analysen zur Ermittlung kausaler Zusammenhänge durchzuführen. Dies sind kritische Lücken, die in zukünftigen Untersuchungen geschlossen werden sollten.

Darüber hinaus wurden in der Studie die Gesundheitsrisiken für den Menschen nicht anhand von Kennzahlen wie der geschätzten täglichen Aufnahme (EDI) oder dem Gefahrenquotienten (HQ) bewertet, die Standardinstrumente der Fluorid-Risikoanalyse darstellen. Die Einbeziehung dieser Bewertungen würde ein umfassenderes Verständnis der potenziellen Auswirkungen auf die lokale Bevölkerung ermöglichen, insbesondere auf Kleinkinder, die anfälliger für Zahnfluorose sind. Epidemiologische Studien sind zudem erforderlich, um die Prävalenz von Zahnfluorose und Karies in den Gemeinden zu untersuchen, die auf diese Wasserquellen angewiesen sind.

Fluorid spielt zwar eine entscheidende Rolle bei der Vorbeugung von Karies, doch kann eine übermäßige Exposition zu negativen gesundheitlichen Auswirkungen führen, insbesondere während der frühkindlichen Entwicklung.³⁷Daher müssen die Strategien des öffentlichen Gesundheitswesens in Fluorid-endemischen Gebieten die Kariesprävention mit der Fluorosebekämpfung durch regelmäßige Überwachung, Aufklärung der Öffentlichkeit und mögliche Maßnahmen zur Fluoridreduzierung in Einklang bringen.

Der Zugang zu sauberem und sicherem Wasser ist ein grundlegender Faktor für die Gesundheit.³⁸Die Kommunen sollten der Überwachung der Wasserqualität, insbesondere in ländlichen und gefährdeten Gebieten, Priorität einräumen und sicherstellen, dass Zahnärzte und andere Fachkräfte im Bereich der Mundgesundheit über die Risiken von natürlich vorkommendem Fluorid informiert sind. Evidenzbasierte Maßnahmen sind erforderlich, um die Entscheidungsfindung auf Gemeindeebene hinsichtlich Wassernutzung, Zahnpflege und Präventionsmaßnahmen zu unterstützen.

Schlussfolgerungen

In allen in dieser Studie analysierten Grundwasserproben wurde Fluoridrückstand nachgewiesen, wobei an mehreren Standorten der WHO-Richtwert von 1.5 mg/l überschritten wurde. Diese erhöhten Konzentrationen, insbesondere in bestimmten ländlichen Gebieten, bergen ein potenzielles Risiko für Zahnfluorose bei Kindern. Die im Untersuchungsgebiet vorkommenden geologischen Formationen, darunter fluoridhaltige Sediment- und Metamorphite, tragen möglicherweise zu einer natürlichen Fluoridanreicherung im Grundwasser bei. Regelmäßige Überwachung, Aufklärung der Bevölkerung und präventive Maßnahmen sind unerlässlich, um sicheres Trinkwasser zu gewährleisten und fluoridbedingte Gesundheitsrisiken in gefährdeten semiariden Regionen zu reduzieren.

Autorenbeiträge

MO, CD, CL und FS verfassten den Haupttext. MO sammelte die Wasserproben. MO, AAJ und IS analysierten die Wasserproben. MD und RS erstellten alle Abbildungen für den Artikel, und alle Autoren haben das Manuskript geprüft.

Datenverfügbarkeit

Die geografischen Koordinaten (Breitengrad und Längengrad) jedes Probenahmestandorts (Tabelle (Tabelle 1)1Die Daten wurden zum Zeitpunkt der Datenerhebung von Google Maps bezogen. Die Wasserproben (Tabelle 1) (Tabelle 2)2Die Klassifizierung der Proben erfolgte gemäß dem Technischen Konsenspapier zur Klassifizierung öffentlicher Wasserversorgungen nach Fluoridgehalt [5]. Sämtliche Rohdaten müssen dem korrespondierenden Autor vorliegen und sind auf Anfrage erhältlich. Anfragen richten Sie bitte an Marcos Oliveira unter marcosalexandrec@gmail.com.

Erklärungen

Referenzen