Es begann mit einer Beobachtung, die bald die Form einer Idee annahm. Sie endete fünf Jahrzehnte später als wissenschaftliche Revolution, die die Zahnmedizin in die vorderste Reihe der Präventivmedizin katapultierte. Dies ist die Geschichte, wie die zahnmedizinische Wissenschaft entdeckte – und schließlich der Welt bewies – dass Fluorid, ein Mineral, das in Gestein und Boden vorkommt, Karies verhindert. Obwohl Karies nach wie vor ein Problem für die öffentliche Gesundheit darstellt, ist sie dank Fluorid nicht mehr das ungezügelte Problem, das sie einst war.
Eine geheimnisvolle Krankheit
Im Jahr 1909 überredete Dr. McKay (r.) die Colorado State Dental Association, Dr. Green Vardiman Black (l.), einen der bedeutendsten Zahnforscher der Nation, zu einem Kongress einzuladen, auf dem McKays Erkenntnisse vorgestellt werden sollten. Die beiden Männer begannen mit gemeinsamen Forschungen und entdeckten weitere Gegenden des Landes, in denen braune Zahnverfärbungen auftraten.
Die Anfänge der Fluoridforschung gehen auf das Jahr 1901 zurück, als ein junger Absolvent der Zahnmedizinischen Fakultät namens Frederick McKay die Ostküste verließ, um in Colorado Springs, Colorado, eine Zahnarztpraxis zu eröffnen. Als er dort ankam, stellte McKay mit Erstaunen fest, dass zahlreiche Einwohner von Colorado Springs groteske braune Flecken auf ihren Zähnen hatten. Diese dauerhaften Verfärbungen konnten so stark sein, dass manchmal ganze Zähne die Farbe von Schokoladenbonbons hatten. McKay suchte vergeblich nach Informationen über diese bizarre Störung. In der damaligen zahnmedizinischen Fachliteratur fand er keine Erwähnung der braun verfärbten Zähne. Die Anwohner schoben das Problem auf alle möglichen seltsamen Faktoren, wie z. B. den Verzehr von zu viel Schweinefleisch, minderwertiger Milch und kalziumreichem Wasser. So nahm McKay den Fehdehandschuh auf und begann selbst mit der Erforschung der Krankheit. Seine ersten epidemiologischen Untersuchungen scheiterten am mangelnden Interesse der meisten Zahnärzte in der Region. Aber McKay blieb hartnäckig und interessierte schließlich die örtlichen Ärzte für das Problem, das als Colorado Brown Stain bekannt wurde.
Eine fruchtbare Zusammenarbeit
McKays erster großer Durchbruch kam 1909, als der renommierte Zahnforscher Dr. G.V. Black sich bereit erklärte, nach Colorado Springs zu kommen und mit ihm an der mysteriösen Krankheit zu arbeiten. Black, der zuvor gespottet hatte, es sei unmöglich, dass eine solche Erkrankung in der zahnmedizinischen Fachliteratur unerwähnt bleiben könne, wurde in den Westen gelockt, kurz nachdem die Colorado Springs Dental Society eine Studie durchgeführt hatte, aus der hervorging, dass fast 90 Prozent der einheimischen Kinder der Stadt Anzeichen der braunen Flecken aufwiesen. Als Black in der Stadt ankam, war auch er schockiert über die Häufigkeit der Colorado Brown Stain im Mund der einheimischen Einwohner. Später schrieb er:
„Ich verbrachte viel Zeit damit, durch die Straßen zu gehen, die Kinder beim Spielen zu beobachten, ihre Aufmerksamkeit zu erregen und mit ihnen über ihre Spiele usw. zu sprechen, um die allgemeine Wirkung dieser Missbildung zu untersuchen. Ich fand sie in jeder Gruppe von Kindern auffällig. Man braucht sie nicht zu suchen, denn sie drängt sich dem Fremden durch ihre ständige Hervorhebung ständig auf. Dies ist viel mehr als eine Missbildung der Kindheit. Wäre es nur das, wäre es von geringerer Bedeutung, aber es ist eine lebenslange Missbildung.“
Black untersuchte die Fluorose sechs Jahre lang, bis zu seinem Tod im Jahr 1915. In dieser Zeit machten er und McKay zwei entscheidende Entdeckungen. Erstens wiesen sie nach, dass der gesprenkelte Zahnschmelz (wie Black diesen Zustand nannte) auf Entwicklungsstörungen bei den Zähnen von Kindern zurückzuführen war. Diese Erkenntnis bedeutete, dass Stadtbewohner, deren bleibende Zähne verkalkt waren, ohne die Flecken zu entwickeln, nicht Gefahr liefen, dass sich ihre Zähne braun färbten; junge Kinder, die auf den Durchbruch ihres zweiten Gebisses warteten, waren jedoch stark gefährdet. Zweitens stellten sie fest, dass die von Colorado Brown Stain befallenen Zähne auf überraschende und unerklärliche Weise resistent gegen Karies waren. Die beiden Forscher waren noch weit davon entfernt, die Ursache von Colorado Brown Stain zu ermitteln, aber McKay hatte eine Theorie im Hinterkopf. Vielleicht gab es, wie einige Anwohner vermuteten, einen Inhaltsstoff in der Wasserversorgung, der die Zähne verfärbte? Black war skeptisch; McKay hingegen war von den Aussichten dieser Theorie fasziniert.
Die Theorie der Wasserverursachung erhielt 1923 einen gewaltigen Auftrieb. In jenem Jahr reiste McKay über die Rocky Mountains nach Oakley, Idaho, um sich mit Eltern zu treffen, die merkwürdige braune Flecken auf den Zähnen ihrer Kinder bemerkt hatten. Die Eltern erzählten McKay, dass die Flecken auftraten, kurz nachdem Oakley eine kommunale Wasserleitung zu einer fünf Meilen entfernten warmen Quelle gebaut hatte. McKay analysierte das Wasser, fand aber nichts Verdächtiges darin. Dennoch riet er der Stadtverwaltung, die Leitung ganz aufzugeben und eine andere nahe gelegene Quelle als Wasserquelle zu nutzen.
McKays Ratschlag zeigte Wirkung. Innerhalb weniger Jahre wuchsen bei den jüngeren Kindern von Oakley gesunde zweite Zähne ohne jegliche Fleckenbildung. McKay hatte nun seine Bestätigung, aber er hatte immer noch keine Ahnung, was mit dem Wasser in Oakley, Colorado Springs und anderen betroffenen Gebieten nicht stimmen konnte. Die Antwort kam, als McKay und Dr. Grover Kempf vom United States Public Health Service (PHS) nach Bauxite, Arkansas, reisten – eine Stadt, die der Aluminum Company of America gehörte – um Berichten über die bekannten braunen Flecken nachzugehen. Die beiden entdeckten etwas sehr Interessantes: Die fleckige Zahnschmelzstörung war bei den Kindern von Bauxite weit verbreitet, während sie in einer anderen, nur fünf Meilen entfernten Stadt nicht vorkam. Wieder analysierte McKay die Wasserversorgung von Bauxite. Auch hier lieferte die Analyse keine Hinweise. Aber die Arbeit der Forscher war nicht umsonst.
McKay und Kempf veröffentlichten einen Bericht über ihre Ergebnisse, der den Schreibtisch des Chefchemikers von ALCOA, H. V. Churchill, in der Unternehmenszentrale in Pennsylvania erreichte. Churchill, der die letzten Jahre damit verbracht hatte, Behauptungen zu widerlegen, dass Aluminiumkochgeschirr giftig sei, befürchtete, dass dieser Bericht den Gegnern von ALCOA neues Futter liefern könnte. Daher beschloss er, das Wasser in Bauxite selbst zu untersuchen – diesmal jedoch mit Hilfe der photospektrografischen Analyse, einer ausgefeilteren Technik als die von McKay verwendete. Churchill bat einen Assistenten, die Wasserprobe aus Bauxite zu untersuchen. Nach einigen Tagen meldete der Assistent eine überraschende Nachricht: Das Wasser der Stadt wies hohe Fluoridwerte auf. Churchill war ungläubig. „Wer hat schon von Fluoriden im Wasser gehört?“, brüllte er seinen Assistenten an. „Sie haben die Probe verunreinigt. Holen Sie eine andere Probe.“
Kurz darauf traf eine neue Probe im Labor ein. Churchills Assistent untersuchte das Bauxitwasser erneut. Das Ergebnis? Die fotospektrografische Analyse ergab erneut, dass das Wasser der Stadt stark mit Fluorid belastet war. Dieser zweite Befund veranlasste Churchill, sich im Januar 1931 an seine Schreibmaschine zu setzen und einen fünfseitigen Brief an McKay über diese neue Erkenntnis zu verfassen. In diesem Brief riet er McKay, Wasserproben aus anderen Städten zu sammeln, „in denen das eigentümliche Zahnproblem aufgetreten ist… Wir vertrauen darauf, dass wir Ihr Interesse an diesem Thema geweckt haben und dass wir zusammenarbeiten können, um herauszufinden, welche Rolle ‚Fluor‘ in dieser Angelegenheit spielen könnte.“
McKay sammelte die Proben. Und innerhalb weniger Monate hatte er die Antwort und das Ergebnis seiner 30-jährigen Suche: hohe Fluoridkonzentrationen im Wasser verursachten in der Tat die Verfärbung des Zahnschmelzes.
Neue Fragen tauchen auf
Das Rätsel der braun verfärbten Zähne wurde durch die merkwürdigen Erkenntnisse von Churchills Laborassistenten geknackt. Aber ein Rätsel zieht oft viele andere nach sich. Und kurz nach dieser Entdeckung begannen PHS-Wissenschaftler, eine Reihe neuer und provokanter Fragen über Fluorid im Wasser zu untersuchen. Mit diesen PHS-Untersuchungen wurde die Forschung über Fluorid und seine Auswirkungen auf den Zahnschmelz ernsthaft in Angriff genommen. Der Architekt dieser ersten Fluoridstudien war Dr. H. Trendley Dean, Leiter der Abteilung für Zahnhygiene am National Institute of Health (NIH). Dean begann 1931 mit der Erforschung der Epidemiologie der Fluorose. Eines seiner Hauptanliegen war es, herauszufinden, wie hoch die Fluoridkonzentration im Trinkwasser sein konnte, bevor eine Fluorose auftrat. Um dies herauszufinden, nahm Dean die Hilfe von Dr. Elias Elvove, einem leitenden Chemiker am NIH, in Anspruch. Dean übertrug Elvove die mühsame Aufgabe, eine genauere Methode zur Messung des Fluoridgehalts im Trinkwasser zu entwickeln. Elvove arbeitete lange und hart in seinem Labor, und innerhalb von zwei Jahren berichtete er Dean von seinem Erfolg. Er hatte eine hochmoderne Methode zur Messung des Fluoridgehalts im Wasser mit einer Genauigkeit von 0,1 Teilen pro Million (ppm) entwickelt. Mit dieser neuen Methode im Schlepptau zogen Dean und seine Mitarbeiter durch das ganze Land, um den Fluoridgehalt im Trinkwasser zu vergleichen. In den späten 1930er Jahren machten er und seine Mitarbeiter eine entscheidende Entdeckung. Eine Fluoridkonzentration von bis zu 1,0 ppm im Trinkwasser verursachte bei den meisten Menschen keine Zahnschmelzfluorose und nur bei einem kleinen Prozentsatz der Menschen eine leichte Zahnschmelzfluorose.
Beweis, dass Fluorid Karies verhindert
Dieses Ergebnis brachte Deans Gedanken in eine neue Richtung. Er erinnerte sich aus der Lektüre der Studien von McKay und Black über Fluorose daran, dass gesprenkelter Zahnschmelz ungewöhnlich widerstandsfähig gegen Karies ist. Dean fragte sich, ob die Zugabe von Fluorid zum Trinkwasser in physikalisch und kosmetisch unbedenklichen Mengen zur Bekämpfung von Karies beitragen würde. Diese Hypothese, so Dean zu seinen Kollegen, müsse getestet werden. 1944 ging Deans Wunsch in Erfüllung. Im selben Jahr beschloss die Stadtverwaltung von Grand Rapids, Michigan, nach zahlreichen Diskussionen mit Forschern der PHS, des Michigan Department of Health und anderer öffentlicher Gesundheitsorganisationen, der öffentlichen Wasserversorgung im folgenden Jahr Fluorid beizumischen. Die Studie zur Fluoridierung des Wassers in Grand Rapids wurde ursprünglich vom U.S. Surgeon General gesponsert, wurde aber kurz nach der Gründung des Instituts im Jahr 1948 vom NIDR übernommen. Während des 15-jährigen Projekts beobachteten die Forscher die Kariesrate bei den fast 30.000 Schulkindern von Grand Rapids. Nach nur 11 Jahren verkündete Dean – der inzwischen Direktor des NIDR war – ein erstaunliches Ergebnis. Die Kariesrate unter den Kindern von Grand Rapids, die geboren wurden, nachdem der Wasserversorgung Fluorid zugesetzt worden war, sank um mehr als 60 Prozent. In Anbetracht der Tausenden von Studienteilnehmern kam dieses Ergebnis einem gewaltigen wissenschaftlichen Durchbruch gleich, der die Zahnpflege zu revolutionieren versprach und Karies zum ersten Mal in der Geschichte für die meisten Menschen zu einer vermeidbaren Krankheit machte.
Eine bleibende Errungenschaft
Nahezu 30 Jahre nach Abschluss der Fluoridierungsstudie in Grand Rapids ist Fluorid immer noch die wichtigste Waffe der Zahnmedizin im Kampf gegen Karies. Heute enthält so gut wie jede auf dem Markt befindliche Zahnpasta Fluorid als Wirkstoff; Wasserfluoridierungsprojekte kommen derzeit über 200 Millionen Amerikanern zugute, und 13 Millionen Schulkinder nehmen heute an schulischen Fluorid-Mundspülungsprogrammen teil. Wie die Zahlen zeigen, haben McKay, Dean und die anderen dazu beigetragen, die Zahnmedizin zu einem präventionsorientierten Beruf zu machen. Ihre Tatkraft angesichts überwältigender Widrigkeiten ist nicht weniger als eine bemerkenswerte Leistung der Wissenschaft – eine Leistung, die mit den anderen großen präventiven Gesundheitsmaßnahmen unseres Jahrhunderts gleichzusetzen ist.