弗雷德里克·麦凯（Frederick McKay）并不是在20世纪初前往科罗拉多斯普林斯成为一名牙科侦探；像当时许多注重健康的疑病症患者一样，他追逐的是科罗拉多州所谓的“奇迹”干燥气候，希望这能拯救他免受肺结核的威胁。然而，他并没有得到清新的肺部，而是发现了“科罗拉多棕色斑点”，这标志着一个持续数十年的谜团的开始，最终证明科学、坚持和或许一点点运气可以将最丑陋的笑容变成公共卫生的胜利。
麦凯在20世纪初向西迁移，受到当时常见的健康问题的驱使——他和其他许多人一样认为自己患有肺结核，寻求在“一个结核病患者的伊甸园”科罗拉多州的干燥气候中获得解脱。他的目的地科罗拉多斯普林斯因附近的克里普尔溪金矿而迅速发展，麦凯的牙科技能很快受到当地居民的欢迎。从一开始，他就注意到当地居民牙齿的一个奇特现象：棕色斑点，后来被称为“科罗拉多棕色斑点”，毁坏了他们的笑容。早期理论将这一现象归咎于劣质牛奶、高钙水或特定饮食（如过多食用猪肉），但麦凯并未找到确凿的解释。尽管如此，他暂时搁置了这个问题，专注于建立自己的诊所并在东部学习正畸学。
到1908年，这一问题依然存在，社区领导人担心这些斑点给蓬勃发展的城市带来负面影响，敦促当地牙科协会采取行动。在当地牙科协会的资金支持下，三位牙医调查了近3,000名学生，发现其中87.5%的人有这种斑点。如此高的发病率要求进行更深入的研究。
麦凯与G.V.布莱克博士的合作
为了寻找专家合作伙伴，麦凯联系了西北大学的G.V.布莱克博士（Dr. G.V. Black），他是美国牙科学界的领军人物。起初持怀疑态度的布莱克博士访问了科罗拉多斯普林斯，并立即意识到问题的严重性。
“我在每一群孩子中都发现了它。你不需要去寻找它，因为它会不断引起陌生人的注意。这不仅仅是儿童时期的畸形。如果是这样的话，它的重要性会小得多，但它是一个终身的畸形。” —— G.V.布莱克博士
布莱克博士对麦凯观察结果的公开认可成为转折点。他在题为《釉质发育缺陷及其导致的棕色斑点》的演讲中强调，虽然这些斑点令人不悦，但受影响的牙齿异常抗龋齿。然而，他们当时无法确定根本原因。
追踪源头
麦凯开始走访其他出现类似斑点的地方以寻找答案。在爱达荷州的奥克利，他了解到孩子们的牙齿在该镇从温泉水引入管道后变色。当改用另一个水源后，斑点消失了。在阿肯色州的鲍克斯，另一个常见斑点的社区，麦凯发现这与该镇作为铝生产中心有关。这一发现将问题与矿物铝土矿联系起来。这是科学与企业利益交织的时刻。
ALCOA公司的首席化学家H.V.丘吉尔博士（Dr. H.V. Churchill）最初拒绝了氟化物污染的想法，但最终在他的水样中发现了“惊人的氟化物水平”。对科罗拉多斯普林斯的水样测试也得到了类似的结果。经过近30年的研究，麦凯终于确定了黑色牙齿的原因：水中的氟化物，导致了一种现在称为氟斑牙的状况。
理解氟斑牙
氟化物被确认为罪魁祸首后，更多的问题随之而来。一种能使牙齿变色的物质为何也能使其更抗龋齿？多少氟化物是安全的？国家卫生研究院（NIH）牙科研究负责人H.特伦德利·迪恩博士（Dr. H. Trendley Dean）领导了关键研究，以确定氟化物的影响。他警告说个体敏感度不同：
“同一剂量的氟化物可能在一个个体中引起轻微的毒性反应，而在另一个体中可能引起严重的反应。”
他怀疑，如果氟化物水平保持在一定阈值以下，可以在防止龋齿的同时避免不美观的斑点。为了验证这一假设，迪恩博士和他的团队研究了伊利诺伊州的四个城镇。两个城市加尔斯堡和蒙茅斯共享含有1.7毫克/升（ppm）氟化物的水源，龋齿率远低于仅含0.02 ppm氟化物的麦克姆和昆西。然而，当氟化物水平超过约1 ppm时，氟斑牙开始显现。挑战在于平衡：太少的氟化物不能预防龋齿，太多则可能导致棕色斑点。研究小组得出结论，氟斑牙出现在氟化物水平超过1 ppm时。
格兰德拉皮兹的首次氟化试验
基于这些见解，迪恩博士获得了密歇根州格兰德拉皮兹市的许可，在其市政水中添加氟化物。经过11年的监测，儿童的口腔健康状况显著改善。龋齿率下降了60%以上，提供了最有力的证据，表明氟化物可以使龋齿成为可预防的疾病。疾病控制与预防中心（CDC）后来将水氟化列为20世纪最重要的公共卫生胜利之一。
在1944年之前，大多数美国人唯一的氟化物来源是水中天然存在的微量。四次广泛引用的城市对比研究——其中一个城市的水被氟化，另一个城市没有——进一步支持了这一观点。例如，纽约的新伯尔尼-金斯顿龋齿氟化物研究始于1944年。
新伯尔尼-金斯顿龋齿氟化物研究
1944年，新伯尔尼的水中加入了氟化钠，使其氟化物水平达到1 ppm。相距30英里的金斯顿（人口约为30,000人）则保持低氟化物水平。新伯尔尼和金斯顿分别有3,400名和2,800名6至12岁的儿童参与研究。三年后，新伯尔尼每100名儿童的龋坏、缺失或填充（DMF）牙齿数量从21降至14.8——显著下降——而金斯顿的数字保持不变。
进一步分析显示，第一恒磨牙（通常最容易患龋齿）在新伯尔尼的龋齿率减少了18%。更耐龋齿的前牙和侧切牙表现更好，减少了55%。这一相关性强化了早期关于水氟化物水平与龋齿预防的研究结果。这也提出了一个至今仍令人困惑的问题：氟化物的作用是局部的还是全身性的？新萌出牙齿的保护作用表明它是全身性的。
批评与争议
尽管取得了这些令人鼓舞的结果，水氟化仍然面临批评。方法论上的担忧出现了：研究设计是否足够严谨？内布拉斯加州的国会议员A.L.米勒（A.L. Miller）曾是氟化的倡导者，表达了对成年人和肾病患者的担忧，因为氟化物通过尿液排出。
怀疑仍然存在。20世纪80年代，《自然》杂志指出，西方欧洲很少在水中添加氟化物，但龋齿率下降到了与氟化国家相当的水平。此外，对于自出生以来一直暴露于约1 ppm氟化物的儿童，龋齿率继续下降，表明除了水氟化外，更好的口腔卫生、更广泛的牙膏使用和更频繁的牙科检查等因素也在起作用。
一个重要历史背景是，二战后美国人养成了每天刷牙的习惯。向军队人员分发牙刷和牙膏引入了卫生习惯，这些习惯往往在服役后继续保留。因此，虽然氟化物发挥了关键作用，行为改变也改变了口腔健康结果。
官方认可与快速推广
1950年，美国公共卫生服务局首席牙医布鲁斯·福赛思（Bruce Forsyth）告诉美国牙医协会：
“可以鼓励在公共供水系统中添加氟化物，前提是获得州和地方卫生当局及牙医和医学界的批准。”
对于经历过战争的一代人来说，政府领导几乎不被质疑，团队合作深入人心，简单的鼓励就足够了。无需进一步指示来关心你的排或社区。1950年，大约100万儿童使用氟化水；到1951年增长了三倍，到1954年达到了2000万儿童。如今，77%的人口饮用氟化水。
1956年，Crest推出了首款含氟化物的牙膏。最初，Crest使用了氟化锡——品牌名为“氟力士”——但后来改用了氟化钠，即“氟力士”。由于氟化物具有明确的治疗效果，牙膏不再仅仅是化妆品，而是被视为“药物递送系统”，需要食品和药物管理局（FDA）的批准。宝洁公司资助了印第安纳大学牙科学院的研究人员进行临床试验。
大约800名6至15岁儿童的家长在印第安纳州布卢明顿被招募，514人完成了为期六个月的研究。一半使用氟化锡牙膏，另一半使用不含氟化物的牙膏。氟化锡组的龋坏、缺失或填充牙齿减少了53%，龋坏、缺失或填充牙面减少了72%。美国牙医协会（ADA）授予其官方认证——Crest是第一个，但不是最后一个获得此认证的牙膏：
“……被证明是一种有效的防龋齿牙膏，在认真应用的口腔卫生计划和定期专业护理中可以发挥重要作用。”
公众认知与对政府的信任
到1998年，大约70%的人接受ADA调查认为社区水应氟化。然而，仍有疑虑。一项对约5,000名参与者进行的调查显示，公众对氟化物的安全性和益处的看法如下：
- 55%同意或强烈同意氟化水是安全的；31%中立；13%不同意或强烈不同意。
- 57%认为有一定健康益处，15%认为益处显著，27%认为没有益处。
- 50%不确定氟化物在口腔健康中的作用。
- 最高认同社区水氟化安全性的是那些了解氟化物作用的人（96%），最大反对来自认为儿童疫苗不安全的人（65%）。
研究表明，对社区水氟化的负面看法与对疫苗的不信任有关。不相信疫苗安全的人更有可能拒绝氟化。换句话说，对政府支持的健康措施的信任是公众接受的关键因素。这种不信任最早出现在经典电影《奇爱博士》中的描绘。
这些见解反映了现代公共卫生辩论中的许多问题，其中个人自主权、对政府权威的怀疑和对科学证据的接受程度相互碰撞。支持者指出，氟化几十年来在减少龋齿方面有着成功的记录，而批评者则担心潜在的副作用、政府过度干预以及某些亚群体可能更容易受到慢性氟化物暴露的影响。
遗产与未解决的问题
尽管氟化对减少龋齿的效果不再有严重怀疑，但水氟化与更好的刷牙习惯、氟化物牙膏、专业牙科护理和饮食改善等多重因素的相对贡献仍然是研究的主题。这些因素可能共同作用，是发达国家龋齿普遍下降的原因，无论它们是否氟化。
然而，几乎没有其他公共卫生干预措施能达到水氟化的同样影响。从现代牙科的角度来看，这段故事——从科罗拉多斯普林斯的早期日子到阿肯色州的鲍克斯，再到氟化物牙膏的推出——展示了科学好奇心、坚持不懈的调查和公共政策如何共同改善大规模的健康状况。
尽管关于剂量、安全性和个人自由存在争议和辩论，许多健康组织的结论仍然是：当适当监管时，水和牙膏中的氟化物仍然是预防龋齿的有效、低成本的方法，造福整个社区。
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