Článek
Když se v roce 2003 výzkumníci z programu Lemelson-MIT ptali Američanů, bez kterého z pěti vynálezů by se neobešli, automobil, osobní počítač, mobilní telefon ani mikrovlnka nevyhrály. Zvítězil zubní kartáček: Vybralo si ho 42 procent dospělých a 34 procent dospívajících. Těsně druhé skončilo auto.
Na vítěze technologické ankety je to předmět pozoruhodně konzervativní. Nylonové štětiny má od konce 30. let minulého století a od té doby se měnily hlavně barvy, tvary hlavic a reklamní slogany. Tým z Pekingské univerzity jde ještě dál. V práci, kterou minulý týden otiskl časopis Science Advances, tvrdí, že se kartáček nad rámec čistě mechanické funkce nijak podstatně nezlepšil asi 1118 let. (Kde se bere taková přesnost u předmětu, jehož stáří se odhaduje podle kostěných rukojetí vykopaných z odpadních jam, autoři nevysvětlují.)
Sami pak nápravu nabízejí. Štětiny jejich kartáčku jsou z plastu, který při každém ohnutí vyrobí nepatrný elektrický náboj a ten má v ústech hubit bakterie. Než se k němu dostaneme, vyplatí se těch zhruba tisíc let projít. Kartáček se totiž měnil málokdy, a když už, stál za tím skoro vždy nový materiál.
Čtete ukázku z newsletteru TechMIX, ve kterém Pavel Kasík a Matouš Lázňovský každou středu přinášejí hned několik komentářů a postřehů ze světa vědy a nových technologií. Pokud vás TechMIX zaujme, přihlaste se k jeho odběru!
Prasečí štětiny a nespokojený zenový mistr
Zuby si lidé čistili dávno před kartáčkem, nejčastěji rozžvýkaným koncem větvičky – a v části světa to tak dělají dodnes. Štětinový kartáček, tedy svazky chlupů zasazené do rukojeti, pochází z Číny. Kdy přesně vznikl, je méně jasné, než by se z učebnicových časových os zdálo. Americká Knihovna Kongresu uvádí rok 1498, autoři nové studie se s odkazem na archeologické nálezy hlásí k dynastii Tchang, která padla už roku 907. Dva seriózní zdroje se tak u věci, kterou bereme do ruky dvakrát denně, rozcházejí o šest století.
Jisté je, že ve 13. století už kartáček v Číně existoval. Japonský zenový mistr Dógen, který tam roku 1223 odjel studovat, si zapsal, že si tamní mniši čistí zuby koňskými žíněmi upevněnými v kostěné rukojeti. Nadšený prý nebyl, sám dával přednost tradiční vrbové větvičce. Častěji než žíně se ovšem používaly štětiny z prasečího hřbetu a traduje se, že nejžádanější byly ty ze severu, kde zvířatům v chladu rostly tužší chlupy.
Do Evropy přivezli čínský vynález cestovatelé a v 17. století se tu uchytil. Anglický antikvář Anthony Wood si roku 1690 poznamenal, že si jeden kartáček koupil, což je nejstarší známé použití anglického slova toothbrush.
Ve velkém je ale Evropa začala vyrábět až o necelé století později, a to v Anglii, i když z Číny se do Británie dovážely až do poloviny 20. století. Firemní legenda praví, že Angličan William Addis přišel na nápad ve vězení, kam se roku 1770 dostal za účast na pouliční výtržnosti: Do kosti od večeře navrtal dírky a vlepil do nich štětiny získané od dozorce. Firma Addis, která se k příběhu hlásí, klade svůj vznik do roku 1780 (v rodině zůstala až do roku 1996).
Jak to bylo s kostí od večeře doopravdy, dnes těžko ověříme, Addis je ale obecně považován za prvního, kdo kartáčky vyráběl ve velkém. Další velká změna přišla až za půldruhého století a přinesla ji chemie – 24. února 1938 se v USA začal vyrábět kartáček Dr. West’s Miracle-Tuft se štětinami z vlákna, kterému výrobce říkal Exton. Byl to nylon z laboratoří firmy DuPont a kartáček byl jeho prvním úspěšným komerčním využitím, ještě před proslulými punčochami. Syntetické vlákno nenasakovalo vodu, netřepilo se a nevypadávalo (tak to aspoň sliboval výrobce) a prosadilo se rychle. V 50. letech už mělo syntetické štětiny odhadem 80 procent kartáčků.
Od té doby držíme v ruce v zásadě tentýž předmět. Štětiny se ztenčily a jejich konce se zabrušují dokulata, materiál i princip ale zůstaly.
Jak pomůže motorek
Jediná výraznější poválečná novinka, elektrický kartáček, na věci mnoho nezměnila. První prakticky použitelný model, švýcarský Broxodent z roku 1954, vznikl pro pacienty s omezenou hybností rukou a pro lidi s rovnátky a fungoval jen se šňůrou v zásuvce. Motorek přitom dělá totéž co ruka, jen rychleji a pravidelněji: Pohybuje štětinami po zubu a stírá z něj povlak.
Jak moc to pomáhá, patří k lépe prozkoumaným otázkám zubního lékařství. Cochranův přehled z roku 2014 shrnul 56 pokusů s více než pěti tisíci účastníky. Elektrické kartáčky v nich při používání delším než tři měsíce snížily množství povlaku o 21 procent a zánět dásní o 11 procent ve srovnání s ručními. Autoři ale poctivě dodali, že klinický význam těchto rozdílů není jasný.
Jestli o pětinu méně povlaku znamená i méně vytržených zubů, se z několikaměsíčních pokusů vyčíst nedá. Nejblíž k odpovědi se dostali vědci z německého Greifswaldu, kteří 11 let sledovali 2819 dospělých. Uživatelé elektrických kartáčků za tu dobu ztratili zhruba o pětinu méně zubů než lidé s ručním kartáčkem, v průměru jim zůstalo o 0,4 zubu víc. Šlo ovšem jen o pozorování: Lidé, kteří si koupí elektrický kartáček, se od ostatních mohou lišit i v tom, co statistika nezachytí. A na vznik zubního kazu neměl typ kartáčku v této studii vliv žádný.
Kartáček má navíc slabinu, na kterou upozorňují i autoři nové práce: Povlak umí jen mechanicky setřít, a kam nedosáhne (třeba mezi zuby), tam nic nezmůže. Zubní povlak je biofilm, společenství bakterií obalené vlastním slizem, který je chrání a drží na povrchu zubu. Kartáček ho naruší, jenže po sobě nic nezanechá a bakterie se na vyčištěný zub začnou vracet během několika hodin. Právě tady chce čínský tým přidat ke tření něco navíc.
Rybářský vlasec pod napětím
Tím „něčím“ je polyvinylidenfluorid, zkráceně PVDF. Rybáři ho znají jako fluorokarbonový vlasec, průmysl jako odolný plast na potrubí. Od roku 1969, kdy si toho všiml japonský fyzik Heidži Kawai, se ví, že vhodně zpracovaný PVDF je piezoelektrický: Když ho zdeformujete, objeví se na jeho povrchu elektrický náboj. Na stejném jevu stojí třeba zapalovače s tlačítkem, v nichž jiskru vyrobí zmáčknutý krystal.
Pekingský tým nechal z PVDF vytlačit vlákna o průměru 0,16 a 0,24 milimetru, tedy zhruba stejně silná jako běžné nylonové štětiny. Dvě hodiny je zahříval na 120 stupňů Celsia, aby se v nich molekuly uspořádaly do piezoelektrické podoby, a nechal jimi strojově osadit kartáčky. Na pohled se od obyčejných neliší a podle čínské normy spadají mezi měkké.
To podstatné se odehrává ve slinách. Povrch štětiny je v klidu obalený ionty, které její vlastní náboj vyvažují. Když se štětina při čištění ohne, rovnováha se poruší, část nábojů se uvolní a reaguje s vodou. Vznikají tak reaktivní formy kyslíku, nestálé a agresivní molekuly, které bakteriím poškozují buněčnou membránu. Jakmile se štětina narovná, náboje si ze slin zase „dobere“ a cyklus se opakuje.
Na podobné chemii, jen v mnohem silnější dávce, stojí bělení zubů peroxidem vodíku. Nápad nespadl z nebe. Dva ze spoluautorů jsou podepsáni už pod prací, která v roce 2020 v Nature Communications navrhla přidat piezoelektrické částice do zubní pasty a bělit jimi zuby. Tehdy k tomu potřebovali ultrazvuk nebo elektrický kartáček, teď stačí pohyb ruky, bez baterie a bez elektroniky.
Co ukázala stovka dobrovolníků
V laboratoři vypadají čísla působivě. Po devíti hodinách ve společné kultuře bylo na piezoelektrických vláknech mrtvých 46 až 53 procent bakterií Streptococcus mutans, které se podílejí na vzniku kazu, kdežto na nylonu devět procent. U bakterie Porphyromonas gingivalis, spojované s parodontitidou, to bylo 57 až 78 procent proti osmi. Devět hodin autoři nezvolili náhodou, tolik čistého času podle jejich propočtu kartáček odpracuje za tři měsíce. Jenže v ústech ten čas přichází po dvouminutových dávkách, mezi nimiž jsou hodiny, sliny, jídlo a nový povlak, což autoři sami uvádějí jako slabinu.
Víc proto napoví pokus na lidech. Vědci do něj zařadili 115 dospělých pacientů pekingské stomatologické kliniky se zánětem dásní nebo kazy (výsledky uvádějí pro 109 z nich). Losem je rozdělili do čtyř skupin, dvě dostaly piezoelektrické kartáčky a dvě nylonové, a po měsíci a po třech měsících jim prohlédli ústa. Skupiny s novým kartáčkem se zlepšily výrazně víc v množství povlaku, zánětu i krvácení dásní. Genetický rozbor povlaku navíc ukázal, že v něm ubylo bakterií spojovaných s kazem a parodontitidou, zatímco neškodných druhů přibylo. Škodlivé bakterie totiž podle autorů snášejí útok reaktivního kyslíku hůř.
Výhrad je ovšem několik a nejsou malé. Thomas Flemmig, klinický výzkumník z Hongkongské univerzity, v časopise Nature upozornil, že autoři sice měřili skutečné hodnoty, zveřejnili ale jen to, o kolik se každý účastník zlepšil proti vlastnímu výchozímu stavu. Výsledek se tak nedá porovnat s jinými studiemi kartáčků, třeba s Cochranovým přehledem, v němž měli uživatelé elektrických kartáčků zhruba o pětinu méně povlaku než lidé s ručními.
Účastníci si navíc tři měsíce čistili zuby pastou bez fluoridu. Nejspíš proto, aby šlo účinek štětin odlišit od účinku pasty, jenže takhle si zuby běžně nečistíme (a čistit nemáme, jak uvidíme níže). Nový kartáček se měřil jen s obyčejným nylonovým, nikoli s elektrickým a srovnání s ním označují za nutný další krok i sami autoři. Tři měsíce jsou na kaz i parodontitidu krátká doba a studie ostatně sledovala povlak a dásně, ne kazy. Z hlavního textu se také nedozvíme, zda lékaři při prohlídce věděli, kdo má jaký kartáček.
Zbývá materiál sám. Tým ověřil, že vlákna nepoškozují sklovinu a nejsou toxická pro buňky v kultuře a při simulovaném tříměsíčním používání se třepila méně než nylon. Dlouhodobou bezpečnost ani cenu ale nezkoumal. PVDF navíc patří mezi fluoropolymery, tedy do široké rodiny látek PFAS, jejichž plošné omezení Evropská unie právě projednává. Výbor pro hodnocení rizik Evropské agentury pro chemické látky se letos v březnu za omezení postavil a fluoropolymery v návrhu přes odpor průmyslu zůstaly, byť s řadou dočasných výjimek. Považují se sice za málo rizikové při používání a spor se vede hlavně o jejich výrobu a likvidaci, výrobek, který má každý vyhodit čtyřikrát do roka, by to ale v Evropě nejspíš neměl jednoduché.
Zdrženlivě zní i hlasy zvenčí. Frank Scannapieco, parodontolog z univerzity v Buffalu, pro Nature nápad označil za nový obrat starého konceptu, který možná odstraní povlak účinněji než běžný kartáček. K důkazu účinnosti a bezpečnosti je ale podle něj potřeba víc testů.
Co mezitím
Do drogerie mají piezoelektrické štětiny daleko, pokud se tam vůbec dostanou. Dosavadní výzkum mezitím nabízí dva méně efektní, zato lépe podložené poznatky.
Ten první se týká právě fluoridu. Philippe Hujoel, profesor Washingtonské univerzity v Seattlu, v roce 2018 s kolegy prošel znáhodněné pokusy, které zkoumaly samotné čištění zubů bez fluoridové pasty.
Našli jen tři a žádný neprokázal, že by důkladné odstraňování povlaku samo snižovalo počet kazů. Před kazem tedy podle dostupných důkazů chrání hlavně to, co kartáček na zuby nanáší, kdežto dásním prospívá i čištění samotné. Pokusů je málo, takže jde o současný stav poznání, nikoli o definitivní verdikt. Dobře se to ale shoduje s greifswaldským zjištěním, že typ kartáčku na kazivost vliv neměl.
Ten druhý je český. Autoři čínské studie počítají s tím, že kartáček slouží tři měsíce. Česká stomatologická komora v roce 2021 uvedla, že průměrný Čech spotřebuje 1,78 kartáčku ročně, a dodala, že ještě nedávno to nebyl ani jeden. (Opírala se o analýzu výrobce zubních past z údajů o prodejích, novější srovnatelné číslo se mi dohledat nepodařilo.) Jeden kartáček tak u nás vydrží v průměru skoro sedm měsíců. Buď s ním čistíme déle, než je záhodno, nebo méně, než bychom měli.
Kartáček, který si elektřinu vyrábí sám, je chytrý kus materiálového inženýrství a třeba se z něj jednou stane další velká změna po prasečích štětinách, nylonu a motorku. Zatím má za sebou jednu tříměsíční studii se stovkou lidí. Obyčejný nylonový kartáček, v jádru stejný jako v roce 1938, má proti němu tu výhodu, že je po ruce už dnes: Stačí ho měnit častěji než jednou za sedm měsíců a dávat na něj pastu s fluoridem.
V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.
