没有哪种元素的发现史能有氟来得那样悲情壮烈,两个世纪前的化学家们为了制得这种元素,死的死伤的伤,其中不乏那些如雷贯耳的大科学家。

瑞典化学家舍勒从天然矿石中制得氟化氢,随后中毒卧床不起;大名鼎鼎的英国化学家戴维试图电解氟化物值得氟单质,不仅以失败告终还因此身患重症;爱尔兰的诺斯克兄弟被认为已经成功制得氟单质,但却无法收集,最终两兄弟一死一残……

为氟献出生命的化学家还有很多,因此历史上人们也会把氟称作“死亡元素”

莫瓦桑因制得氟单质而获得诺奖

就这样一种令人闻风丧胆的元素,却被很多国家和地区人为地添加进自来水和饮用水中,这听起来不仅有些难以理解,甚至会被认为是一种阴谋。

经过大半个世纪的研究和调查,往自来水里加氟被认为是“利大于弊”的,是一种能够改善居民健康的做法,但这背后仍然伴随着不少争议。

想要理解自来水加氟的动机,就要从20世纪初的一个怪异发现说起。

美国人弗雷德里克·麦凯是一位初出茅庐的牙科医生,1901年麦凯在宾夕法尼亚大学完成学业后,来到科罗拉多州开了自己的牙科诊所。

很快他就发现在科罗拉多泉市和马尼图泉市两个地方有不少人的牙齿上一些恶心的茶渍样的斑,他查遍了牙科文献资料都没有找到解释。次年,远在意大利那不勒斯的另一位美国牙医伊格也独立描述了这种怪现象。

麦凯还发现这种神秘的牙病只出现在特定的地区,在相邻的城市就很少甚至完全没有。他一边行医一边关注着这种现象,到了1909年,他和同事调查统计了2945名科罗拉多斯普林斯市的儿童,发现竟然有87.5%的孩子患有这种疾病。进一步调查,麦凯发现不仅仅是自己所在的城市,其实全国各地都有这样的病例出现,于是他迫切地希望找到其中的原因。

一开始他主要把调查的重点放在当地的饮食、土地污染和空气污染上,结果没有找到任何异常。于是麦凯怀疑是当地的饮用水中的某些物质造成了牙齿的损伤,但他只是个牙医,没办法分析出饮用水中那些未被报告的微量元素,尽管那些水源看起来无色无味,但麦凯依旧坚信他怀疑的方向。

到了1930年代,又有了新的线索。当时的美国铝业公司面临有关健康损害的指控,其首席化学家开始调查。原来在1909年,该公司在阿肯色州开采铝土矿,随着规模的扩大,为了满足工人和家属的供水需要,他们打了三口深井。几年之后,镇上孩子们的牙齿开始出现褐色的斑块,直到1920年代末,受害家庭开始指控疾病与公司开采的铝有关。

1940年代描绘开采铝土矿工人的壁画

就在这样的情况下,美国铝业公司的首席化学家丘吉尔,用当时最先进的光谱设备检测了当地的饮用水,发现了井水中氟元素的含量异常,是正常地区含量的10倍左右,达到了5毫克每升的水平。

真凶氟元素浮出水面后,动物实验很快就证实了氟化物与牙齿褐色斑的关联,到现在这种因为过量摄入氟导致的褐色斑也会被叫做“氟斑牙”。

同时,关于氟的坏名声在继续发酵。丹麦化学家罗霍尔姆确定了发生在1930年发生在比利时东部默兹河谷,造成了60人死亡的事件,元凶就是气态的氟化物。

不愧是“死亡元素”,似乎跟氟沾上关系的就没有好事,但是事情马上就要向着一个意想不到的方向发展了。

按照正常剧情,一种对健康有伤害的物质被发现,所有人的反应理应是能躲多远躲多远。但是氟的故事并没有那么简单。

还是那个最早发现“氟斑牙”的美国牙医麦凯,虽然事情因他而起,但是他却发现氟斑牙丑是的确丑,可是除了外观上的改变也没有再发现有其他的影响,甚至还有益处。

麦凯发现这些患有氟斑牙的人龋齿发生率要显著低于普通群体,甚至氟斑牙高发的整个地区龋齿率也比较低,所以他推测氟化物能够减少龋齿的发生。

另一位牙科医生迪恩接过了麦凯的工作,他开始系统地调查研究饮水中氟化物含量与龋齿的关系,并且找到了所谓的氟化物含量黄金标准,大约是1毫克每升。基于迪恩这样的研究结果,天然水源中含氟量小于这个数值则被认为是氟化物不足。但实际上只有很少地区的天然水源含氟量能够达到1毫克每升。

当时美国全国的牙齿健康情况堪忧,因为精制面粉、糖以及加工食品的流行,美国人的龋齿率暴增,已经成为一种流行病。找到能够降低龋齿发生的措施就等于找到了希望。

19世纪末一款针对儿童牙疼的可卡因产品,可见当时的龋齿之严重

那么,往自来水中添加氟化物是不是可行呢?这可是为了大众的牙齿健康着想啊。

起初科学家们是非常谨慎的,至少在刚刚有研究的30-40年代主流观点还是认为需要进一步研究。不过小规模的社区试点倒是在1940年代就已经开始。

1945年1月25日,密歇根州大急流城成为世界上第一个人工氟化的城镇。按照迪恩的计划,试验将会持续15年。事实证明,仅6年后大急流城6岁以下儿童的龋齿率比对照城市的龋齿率减少了一半。虽然自来水氟化的试验开了个好头,但争议也随之而来。

实际上还没有等迪恩的实验出结果,一些激进的牙科医生就已经在建议启动大规模的自来水氟化政策,他们比迪恩本人更相信1毫克每升的添加量是万无一失的。仅仅在大急流城试验开始的两年后,他们就已经说服了威斯康星州全面实行自来水氟化,仓促上马的政策马上遭到了反对。

首先是公众对氟化物的传统认知,因为在当时一种比较常见的老鼠药的主要成分就有氟化物,有谁会觉得把老鼠药加进自来水里是一件好事呢?

氟化钠曾经被广泛用于生产老鼠药、蟑螂药

当然,这种固有的观念后来被支持者用饮用水中含有的天然氟化物进行了反驳,人们喝了一百多年(美国的历史,理解万岁)也没有出现相关的健康问题。

其次,氟化物的来源也是一个问题。最早采用的含氟添加物是氟化钠,容易运输也容易处理,但价格比较昂贵。到了1970年代,自来水氟化的措施已经在美国普及,出于成本的考虑,添加物被更换为氟硅酸(FSA)。

氟硅酸的名声不太好,它本身是一种磷化肥生产中副产物的衍生物。用磷酸盐矿生产化肥会产生氟化氢和四氟化硅两种剧毒排放物,在1960年代遭到一些农民和农场主的投诉,工厂才被迫建造了处理它们的洗涤塔,能将这两种气体转化为液态的氟硅酸。

1958年,位于佛罗里达州的磷酸盐化工厂

虽然液体更容易储存和运输,但它的毒性并没有减少,氟硅酸也常常给工人带来严重的伤害,因此氟硅酸一直都是化工厂的烫手山药。

直到它成为了自来水氟化的添加物,这些氟硅酸从化工厂直接运到水库,按合理的比例添加到水中。然而这些工业副产物不同于牙膏中添加的药用级氟化物,它们未经处理还可能含有一定量的砷和铅,反对者认为这可能导致了额外的肺癌和膀胱癌。

反对饮用水氟化的漫画,文字提到氟化物被认为是一种危险的废弃物

当然,最具争议的还是氟化物的添加量问题,虽说有迪恩给出的1毫克每升的黄金标准在前,但实际上影响氟摄入量的因素有很多,偏碱性的水可促进氟的吸收,食物和饮用水中的钙可以降低氟的吸收。此外还有生物因素,气候干燥炎热的地区喝水量大,有可能摄入更多的氟,高氟地区种植的蔬菜也可能带来额外的氟摄入量。

虽说我们可以相对准确地控制自来水中的氟添加量,但实际情况非常复杂,安全也只是相对的,氟中毒的事件也时有发生。

我国也有案例,广州市芳村水厂从1965年开始对自来水加氟,早期的加氟量略高,儿童斑釉率(氟斑牙发生率)可超过20%。

氟斑牙仅仅是轻度的氟中毒,对于很多国家和地区来说,原本就已经存在氟超标的情况,而我国正是地方性氟中毒高发的国家之一,所以自来水氟化并不适合所有国际和地区。

中国很多地区本来就面临饮用水氟超标的问题
世界范围内地下水氟超标地区,中国和印度情况较为严重

1992年美国阿拉斯加还发生过氟化物的投放事故,导致饮用水氟浓度过高,直接造成了262人中毒1人死亡。最近的研究还发现,饮用水中的氟化物还可能影响孕妇影响后代的智力发育。怀孕期间每天多摄取1毫克氟化物再加上一大杯茶,他们的孩子在3岁时智商就会下降3.66分。反对者需要一万个理由来反对,而支持者仅仅需要一个理由来支持。自来水氟化半个多世纪以来,美国从85%以上的儿童患有龋齿,到今天已经大大降低,全民口腔健康情况在世界名列前茅。

世界范围内不同国家地区饮用氟化水的比例

不过,也有学者认为,对龋齿率降低贡献最大的其实是1970年代后含氟牙膏的普及,相比于统一在自来水中添加氟,自行选择性购买含氟牙膏的方式更灵活。

目前,全世界仍有超过4亿人在饮用氟化水,支持者和反对者的争论仍在继续。

不过那其实也并不重要了,自来水氟化的最大贡献就是用一种无法抗拒的方式,向全人类证明了“死亡元素”氟能够改善牙齿的健康,至于摄入方式那都是后话了。

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