Близнецовый метод

Близнецовый метод был предложен Ф. Гальтоном в 1865 году, но окончательная разработка его основ была проведена Г. Сименсом в 1924 году. Сименс разработал надежный способ диагностики зиготности (метод полисимптомного сравнения), базирующийся на оценке сходства и различия близнецов по целому ряду параметров. Каждый параметр в отдельности не позволяет вынести суждения о зиготности близнецов, но использование комплекса параметров позволяет проводить более надежную диагностику. Кроме этого он предложил использовать в качестве объекта исследований не только МЗ близнецов, но и ДЗ близнецов. Принципы, заложенные Г.Сименсом в основу близнецового метода не претерпели сколько-нибудь существенных изменений до настоящего времени.

Близнецовый метод в классическом варианте основывается на нескольких допущениях.

Во-первых, предполагается равенство сред для партнеров как в парах МЗ, так и парах ДЗ близнецов. В этом случае если изменчивость признака полностью определяется средой, то и МЗ и ДЗ близнецы должны иметь по этому признаку одинаково высокие внутрипарные корреляции близкие к 1,0. Если же изменчивость признака целиком зависит от генотипа, то коэффициент корреляции в группе МЗ близнецов должен быть близок к 1,0, а в группе ДЗ близнецов приблизительно равен 0,5 (т.е. степени родства ДЗ близнецов, схожести их генотипа).

Во вторых, предполагается отсутствие систематических различий между близнецами и одиночнорожденными. В обратном случае результаты близнецовых исследований нельзя переносить на популяцию в целом. Так же не должно быть систематических различий между самими типами близнецов.

Если положение о равенстве средовых условий развития МЗ и ДЗ близнецов не соблюдается, то оценки компонент фенотипической дисперсии (наследуемость, дисперсии эффектов общей и различающейся среды) искажаются. Подобное искажение может происходить в ряде случаев:

1) Средовые условия могут увеличивать внутрипарное сходство МЗ близнецов. Подчеркивание сходства окружающими может привести к появлению дополнительного (негенетического) сходства между членами МЗ пары близнецов. Это противоречит принятому допущению о равенстве общих сред для МЗ и ДЗ пар, так как для ДЗ пар подобное подчеркивание сходства менее характерно. В случае изучения признака слабо зависящего от специфических особенностей среды (например – психофизиологических характеристик) погрешность будет невелика. Но если признак чувствителен к такого рода особенностям близнецовой среды, то близнецовый метод малопригоден для его изучения так как нарушается принцип равенства сред и общая среда будет вносить больший вклад в сходство МЗ близнецов, чем в сходство ДЗ близнецов.

2) Средовые условия могут уменьшать внутрипарное сходство ДЗ близнецов. Так, в ряде исследований показано, что средовые условия развития имеют тенденцию увеличивать различия ДЗ близнецов: родители склонны акцентировать различия ДЗ близнецов (например, успехи в разных видах деятельности); сами близнецы стремятся подчеркнуть свою непохожесть. Это приводит к эффекту диссимиляции – постепенному различию ДЗ близнецов. Если изучаемая психологическая характеристика формируется при участии способствующих диссимиляции средовых факторов, то показатель наследуемости будет завышен как и в первом случае, поскольку общая среда будет вносить меньший вклад в сходство ДЗ близнецов, чем в сходство МЗ близнецов.

3) Условия развития могут равным образом уменьшать сходство партнеров как МЗ, так и ДЗ пар. Часть их связана с периодом внутриутробного развития и родов, часть приходится на последующие этапы развития.

Во время внутриутробного развития близнецы часто оказываются в неравных условиях. Так, все питательные вещества и кислород поступают в плод через плаценту. Все ДЗ близнецы и примерно одна треть МЗ близнецов имеет раздельные хорионы и плаценты. Остальные две трети МЗ близнецов имеют общие хорион и плаценту. В этом случае в плодных оболочках так называемых монохорионных близнецов образуются различные соединения (шунты) между сосудистыми системами близнецов. В случае формирования артерио-венозного шунта происходит соединение артерии одного близнеца с веной другого. При этом одному из близнецов может не доставать богатой кислородом и питательными веществами артериальной крови, возможный же избыток того и другого у второго близнеца также может не способствовать нормальному развитию. К счастью, обычно возникает несколько примерно равных по мощности шунтов компенсирующих друг друга. Если же компенсация недостаточна, то один из близнецов развивается в условиях дефицита кислорода и питательных веществ. В этом случае при рождении наблюдается значительная разница между близнецами, в первую очередь в весе. Подобная разница может наблюдаться и у ДЗ близнецов и дихорионных МЗ близнецов из-за неравномерного сдавливания плацент при многоплодной беременности.

Этап родов также может обусловить сильные средовые различия для близнецов. Близнец, рождающийся первым имеет больший шанс получить родовую травму. В то же время второй близнец чаще всего занимает в матке неправильное положение что приводит к необходимости искусственного родовспоможения. Кроме того второй близнец дольше находится в родах и соответственно дольше и острее испытывает кислородное голодание, что отрицательно сказывается на развитии нервной системы.

Средовые различия между близнецами возникают и на последующих этапах развития даже при воспитании в одной семье. К этому чаще всего приводит предвзятое отношение родителей к каждому из близнецов, при этом физические особенности, возникшие на этапе внутриутробного развития и родов усугубляются. Также часто происходит разделение обязанностей между близнецами (случай комплементарных отношений), разделение пар по принципу “лидер – ведомый”.

Таким образом, если средовые условия оказывают различное влияние на формирование изучаемой характеристики у МЗ и ДЗ близнецов, то показатель наследуемости этой характеристики может оказаться искаженным: заниженным, если общая среда вносит меньший вклад в сходство МЗ близнецов, чем в сходство ДЗ близнецов; завышенным – в противоположном случае.

Разновидности близнецового метода.

Классический близнецовый метод .

В этом случае используется такая схема эксперимента, при которой выраженность исследуемого признака сопоставляется в парах МЗ и ДЗ близнецов и оценивается уровень внутрипарного сходства партнеров.

Метод контрольного близнеца .

Этот метод используется на выборках МЗ близнецов. Так как МЗ близнецы весьма сходны по многим признакам, то из партнеров МЗ пар можно составить две выборки, уравненные по большому числу параметров. Такие выборки используют для исследования влияния конкретных средовых воздействий на изменчивость признака. При этом отобранная часть близнецов (по одному из каждой пары) подвергается специфическому воздействию, другая же часть является контрольной группой. Поскольку в эксперименте участвуют генетически идентичные люди, то этот способ можно считать моделью для изучения воздействия различных средовых факторов на одного и того же человека.

Лонгитюдное близнецовое исследование .

В этом случае проводится длительное наблюдение одних и тех же близнецовых пар. Фактически это сочетание классического близнецового метода с лонгитюдным. Широко используется для изучения влияния средовых и генетических факторов в развитии.

Метод близнецовых семей .

Является сочетанием семейного и близнецового метода. При этом исследуются члены семей взрослых близнецовых пар. Дети МЗ близнецов по генетической конституции являются как бы детьми одного человека. Метод широко используется при изучении наследственных причин ряда заболеваний.

Исследование близнецов как пары .

Предполагает исследование специфических близнецовых эффектов и особенностей внутрипарных отношений. Используется как вспомогательный метод для проверки справедливости гипотезы о равенстве средовых условий для партнеров МЗ и ДЗ пар.

Сопоставление близнецов с неблизнецвми .

Также вспомогательный метод, позволяющий оценить существенность разницы между близнецами и неблизнецами. Если разница между близнецами и остальными людьми не является значимой, то близнецы и остальные люди относятся к одной генеральной выборке и, следовательно, результаты бллизнецовых исследований можно распространять на всю популяцию.

Так, было отмечено некоторое отставание членов близнецовых пар в развитии от одиночнорожденных. Особенно эта разница заметна в раннем возрасте. Но сопоставление результатов исследования членов близнецовых пар, чей партнер умер в раннем детстве и одиночнорожденных не выявил существенной разницы в уровне развития. То есть особенности развития близнецов обусловлены не столько трудностями эмбрионального развития, сколько с особенностями воспитания близнецов как пары (семейные трудности при рождении близнецов, замкнутость близнецов в паре и т.п.). Таким образом, близнецы несколько отличаются от всей популяции, но с возрастом эта разница заметно сглаживается и близнецы по большей части становятся сопоставимы с остальной популяцией.

Метод разлученных близнецов .

Из-за особенностей развития ДЗ и МЗ пар близнецов классический близнецовый метод и его разновидности принято считать “нежесткими” экспериментами: в них невозможно однозначно разделить влияние генетических и средовых факторов, так как в силу ряда причин условия развития близнецов по целому ряду причин оказываются несопоставимыми.

Поэтому эксперименты проведенные по вышеприведенным схемам требуют дополнительной верификации. Она может быть двух видов. Во-первых, можно проверить гипотезу о сходстве среды МЗ и ДЗ близнецов, то есть доказать, что на исследуемую характеристику не влияют различия в среде МЗ и ДЗ близнецов. Но подобная проверка весьма трудна и обладает невысокой надежностью.

Близнецовый метод (англ. twin studies) - один из основных типов исследований в психогенетике (генетике поведения), идея которого впервые выдвинута Ф. Гальтоном (1875). Логические основания близнецовый метод след.: 1) существует 2 типа близнецов - монозиготные (МЗ) с идентичным генотипом и дизиготные (ДЗ), генотипы которых различаются, как у обычных братьев и сестер; 2) постулируется примерное равенство постнатальных средовых влияний для членов МЗ и ДЗ пар. Сопоставление внутрипарного сходства у МЗ и ДЗ дает возможность определить относительную роль генотипа и среды в детерминации изучаемого признака. Если признак контролируется генотипом, то сходство МЗ должно значительно превосходить сходство ДЗ близнецов. Такой вариант Б. м. получил название метода парных сравнений (или контрастных групп).

В настоящее время в психологии используют также: метод разлученных МЗ близнецов, метод контрольного близнеца, метод близнецовой пары. близнецовый метод имеет недостатки, связанные с особенностями пре- и постнатального периода развития близнецов. Существенной причиной ошибок при использовании Б. м. является недостаточная корректность допущения о равенстве средовых влияний для МЗ и ДЗ близнецов. Имеются достоверные данные о неодинаковых условиях развития МЗ по сравнению с ДЗ близнецами. В связи с этим при изучении психологических признаков с помощью Б. м. необходимо проводить специальный анализ тех переменных близнецовой среды, которые значимы для формирования исследуемого признака и внутрипарного сходства по нему у близнецов.

Преодолеть некоторые недостатки Близнецового метода позволяет также его сочетание с генеалогическим и популяционным методами (см . Психогенетика). Помимо решения психогенетических задач применение различных вариантов близнецовый метод позволяет раскрыть психологическое содержание понятия «среда» и дает новые возможности для проведения исследований по проблемам психологии личности, социальной психологии и в др. областях психологической науки. (И.В. Равич-Щербо)

Психологический словарь. И. Кондаков

Близнецовый метод

• Автор - Ф. Гальтон (1875г.)
• Категория - метод исследования, используемый в психогенетике.
• Специфика - ориентирован на анализ влияния генетических и средовых факторов на вариативность изучаемого признака. Основан на сравнении психологических качеств монозиготных близнецов, имеющих идентичный генный набор, и дизиготных, имеющих в среднем 50 % одинаковых генов. В силу этого признаки, вариативность которых существенно определяется наследственностью, должны быть более схожими у монозиготных, чем у дизиготных, близнецов. Предпосылкой выступает суждение , что средовое влияния, оказываемое на близнецов, может быть примерно равным. При контролировании данного свойства генотипом сходство монозиготных близнецов должно быть большим, чем сходство дизиготных близнецов.

Психология развития. Словарь. А.Л. Венгера

Близнецовый метод - один из наиболее информативных методов психогенетики, основанный на сопоставлении внутрипарного сходства генетически идентичных монозиготных и неидентичных дизиготных близнецов. Монозиготные близнецы развиваются из одной зиготы, т.е. из одной оплодотворенной яйцеклетки, которая иногда на ранних стадиях своего деления дает начало двум эмбриональным структурам.

Монозиготные близнецы - единственные люди, имеющие идентичный набор генов. Дизиготные близнецы развиваются из двух одновременно оплодотворенных яйцеклеток; у них, как и у обычных сиблингов (родных братьев и сестер), в среднем 50% общих генов. Диагностика зиготности основана на системе определенных антропометрических признаков, характеризующих внешнее сходство близнецов, и на использовании более сложных маркерных систем, включающих биохимические факторы, группу крови и т.д. При работе с большими выборками близнецов возможна диагностика по специально разработанным вопросникам, дающим хорошее совпадение диагноза с результатами более строгих методик. Если по тому или иному показателю психического развития монозиготные близнецы обнаруживают большее внутрипарное сходство, чем дизиготные, то это рассматривается как признак существенной зависимости данного показателя от генетических факторов.

В последние годы стал использоваться метод семей монозиготных близнецов, позволяющий оценить так называемый «материнский эффект» - влияние цитоплазматической наследственности, практически полностью определяемой материнской яйцеклеткой. При наличии «материнского эффекта» имеющие матерей - монозиготных близнецов, будут более похожи по изучаемому признаку, чем дети, имеющие отцов - монозиготных близнецов. Существуют и другие варианты Б. м. (метод контрольного близнеца, близнецовой пары и т.д.), не решающие собственно психогенетических задач, но помогающие экономно и надежно исследовать многие психологические проблемы. И.В. Тихомирова

Методы психогенетики как науки, которая находится на стыке генетики и психологии, включают в себя психологические (тестирование, анкетирование и др.), генетические (популяционный, цитологический), психогенетические (метод приёмных детей, генеалогический, близнецовый) и математический (дисперсионный, корреляционный анализ) методы. Рассмотрим психогенетические методы более детально.

Близнецовый метод

Цель метода - оценить соотносительную роль наследственности и среды в развитии разнообразных признаков, в том числе болезней человека. Различают близнецов однояйцевых, или монозиготных, происходящих из одной оплодотворённой яйцеклетки (зиготы), и двуяйцевых, или дизиготных, которые возникают при одновременном оплодотворении двух яйцеклеток двумя сперматозоидами. Монозиготные близнецы имеют идентичные генотипы, полученные в результате слияния одной яйцеклетки с одним сперматозоидом. Их появление связано с расхождением дочерних клеток при первом (двое близнецов) или последующем делении зиготы (трое, четверо близнецов), т.е. они представляют собой результат одного из вариантов клонирования. Такие близнецы всегда одного пола. У них сходные черты строения тела и характеров, одинаковая группа крови, идентичные отпечатки пальцев, и их ткани не отторгаются при взаимных пересадках. Соотношение моно-и дизиготных близнецовых пар примерно равно 1: 2.

Для диагностики зиготности используются:

• анализ внешнего и дерматоглифического сходства;
• анализ тождества по эритроцитным антигенам (системы группы крови ABO, Rh, MN и др.);
• пересадка кожи - у монозиготных отсутствует отторжение;
• методы ДНК-диагностики.

Рождение близнецов - явление редкое. Частота появления близнецов составляет примерно 3% от общего числа родов (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Численность ДЗ- и МЗ-близнецов в разных странах мира

При этом количество двоен увеличилось за последние пять лет, что обусловлено применением фармпрепаратов для повышения вероятности забеременеть для женщин, страдающих бесплодием: многие репродуктивные технологии также приводят к повышению риска многоплодной беременности. Показано, что высокорослые длинноногие женщины также имеют более высокий риск иметь многоплодную беременность по сравнению с женщинами с нормальным ростом. Впервые близнецовый метод был предложен Ф. Гальтоном в 1865 году.

Коэффициент конкордантности (С) - показатель идентичности пары близнецов по определённому признаку; соответствует доле сходных (конкордатных) по изучаемому признаку пар среди обследованных пар близнецов для каждой группы. Существуют таблицы коэффициента для разных признаков и заболеваний (табл. 4.2).

Таблица 4.2. Примеры конкордантности по некоторым признакам и заболеваниям у монозиготных (МЗ) и дизиготных (ДЗ) близнецов, %

Близнецовый метод имеет несколько разновидностей. В литературе чаще встречаются такие из них:

• 1) Классический близнецовый метод. В этом случае используется такая схема эксперимента, при которой выраженность исследуемого признака сопоставляют в парах монозиготных и дизиготных близнецов и оценивается уровень внутрипарного сходства партнёров.
• 2) Метод контрольного близнеца. Этот метод используется на выборках монозиготных близнецов. Так как монозиготные близнецы весьма сходны по многим признакам, то из партнёров монозиготных пар можно составить две выборки, уравненные по большому числу параметров. Такие выборки используются для исследования влияния конкретных средовых воздействий на изменчивость признака. При этом отобранная часть близнецов (по одному из каждой пары) подвергается специфическому воздействию, другая же часть является контрольной группой. Поскольку в эксперименте участвуют генетически идентичные люди, то такой способ можно считать моделью для изучения воздействия различных средовых факторов на одного и того же человека.
• 3) Лонгитюдное близнецовое исследование. В этом случае проводится длительное наблюдение одних и тех же близнецовых пар. Фактически это сочетание классического близнецового метода с лонгитюдным. Широко используется для изучения влияния средовых и генетических факторов в развитии организма (рис. 4.1).

Рисунок 4.1.

• 4) Метод близнецовых семей является сочетанием семейного и близнецового метода. При этом исследуются члены семей взрослых близнецовых пар. Дети монозиготных близнецов по генетической конституции являются как бы детьми одного человека. Метод широко используется при изучении наследственных причин ряда заболеваний.
• 5) Исследование близнецов как пары предполагает изучение специфических близнецовых эффектов и особенностей внутрипарных отношений. Используется как вспомогательный метод для проверки справедливости гипотезы о равенстве средовых условий для партнёров моно- и дизиготных пар.
• 6) Метод разлучённых близнецов. Из-за особенностей развития монозиготных и дизиготных пар близнецов классический близнецовый метод и его разновидности принято считать "нежёсткими" экспериментами: в них невозможно однозначно разделить влияние генетических и средовых факторов, так как в силу ряда причин условия развития близнецов по целому ряду особенностей оказываются несопоставимыми (рис. 4.2).

Рисунок 4.2. Разлучённые в детстве монозиготные близнецы

Однако у близнецового метода есть серьёзные недостатки, что ставит под сомнение результаты, ранее полученные с помощью этого метода. Если положение о равенстве средовых условий развития монозиготных и дизиготных близнецов не соблюдается, то оценки компонентов фенотипической дисперсии искажаются. Подобные искажения могут иметь в своей основе следующие причины:

• 1) средовые условия могут увеличивать внутрипарное сходство монозиготных близнецов. Подчёркивание сходства близнецов окружающими может привести к появлению дополнительного (негенетического) сходства между членами пары монозиготных близнецов. Это противоречит принятому допущению о равенстве общих сред для монозиготных и дизиготных пар близнецов, так как для пар дизиготных близнецов подобное подчёркивание сходства менее характерно. В случае изучения признака, слабо зависящего от специфических особенностей среды (например, психофизиологических характеристик), погрешность будет невелика. Но если признак чувствителен к такого рода особенностям близнецовой среды, то близнецовый метод малопригоден для его изучения, т.к. нарушается принцип равенства сред и общая среда будет вносить больший вклад в сходство монозиготных близнецов, чем в сходство дизиготных близнецов;
• 2) условия развития могут равным образом уменьшать сходство партнёров как монозиготных, так и дизиготных пар близнецов. Часть их связана с периодом внутриутробного развития и родов, часть приходится на последующие этапы развития. Во время внутриутробного развития близнецы часто оказываются в неравных условиях. Так, все питательные вещества и кислород поступают в плод через плаценту. Все дизиготные близнецы и одна треть монозиготных близнецов имеют различные хорионы и плаценты, остальные две трети монозиготных близнецов имеют общие хорионы и плаценту. В этом случае в плодных оболочках так называемых монохорионных близнецов образуются различные соединения (шунты) между сосудистыми системами близнецов. В случае формирования артериовенозного шунта происходит соединение артерий одного близнеца с веной другого. При этом одному из близнецов может недоставать богатой кислородом и питательными веществами крови, возможный же избыток того и другого у второго близнеца также может не способствовать нормальному развитию.

К счастью, обычно возникает несколько примерно равных по мощности шунтов, компенсирующих друг друга. Если же компенсация недостаточна, то один из близнецов развивается в условиях дефицита кислорода и питательных веществ. В этом же случае при рождении наблюдается значительная разница между близнецами, в первую очередь в весе. Подобная разница может наблюдаться и у дизиготных близнецов, и у дихорионных монозиготных близнецов из-за неравного сдавливания плацент при многоплодной беременности.

Этап родов может обусловить сильные средовые различия для близнецов. Близнец, рождающийся первым, имеет больший шанс получить родовую травму. В то же время второй близнец чаще всего занимает в матке неправильное положение, что приводит к необходимости искусственного родовспоможения. Кроме того, второй близнец дольше находится в родах и, соответственно, дольше и острее испытывает кислородное голодание, что отрицательно сказывается на развитии нервной системы.

Средовые различия между близнецами возникают и на последующих этапах развития даже при воспитании в одной семье. К этому чаще всего приводит предвзятое отношение родителей к каждому из близнецов, при этом физические особенности, возникшие на этапе внутриутробного развития и родов, усугубляются. Также часто происходит разделение обязанностей между близнецами, разделение пар по принципу "лидер - ведомый".

Метод введен в медицинскую практику Ф. Гальтоном в 1876 г. Он позволяет определить роль генотипа и среды в прояв­лении признаков. Суть метода заключается в сравнении проявления признаков в разных группах близнецов при учете сходства и различия их генотипов.

Различают моно- и дизиготных близнецов. Монози­готные (однояйцевые) близнецы развиваются из одной оплодотворенной яйцеклетки. Монозиготные близнецы имеют совершенно одинаковый генотип и, если они отли­чаются фенотипически, то это обусловлено воздействием факторов внешней среды.

Дизиготные (двуяйцевые) близнецы развиваются пос­ле оплодотворения сперматозоидами нескольких одновре­менно созревших яйцеклеток. Близнецы будут иметь раз­ный генотип и их фенотипические различия обусловлены как генотипом, так и факторами внешней среды.

Монозиготные близнецы имеют большую степень сход­ства по признакам, которые определяются в основном генотипом. Например, монозиготные близнецы всегда од­нополы, у них одинаковые группы крови по разным сис­темам (АВО, RH, МN и др.)» одинаковый цвет глаз, одно­типны дерматоглифические показатели на пальцах и ла­донях и др. Эти фенотипическке признаки и используют­ся в качестве критериев диагностики зиготности близ­нецов.

Процент сходства группы близнецов по изучаемому признаку называется конкордантностью, а процент раз­личия – дискордантностью (рис.11.6). Так как монозиготные близнецы имеют одинаковый генотип, то конкордантность их выше, чем у дизиготных.

Генетическая предрасположенность к наследственным и многофакторным заболеваниям определяется с помощью близнецового метода следующим образом:

Если заболевание обусловлено только наследственными факторами, то КМБ=100%, КДБ=25-50%.

При МФЗ – низкий уровень конкордантности для МЗБ и ДЗБ.

КМБ=КДБ – ведущая роль среды.

Для оценки роли наследственности и среды в разви­тии того или иного признака используют формулу Хольцингера (рис.11.7):

где Н – доля наследственности,

C MZ – конкордан­тность монозиготных близнецов,

C DZ – конкордант­ность дизиготных близнецов.

При Н=100% признак полностью определяется наследственным компонентом. При Н=0 – средовым. При Н=50% - одинакова роль наследственности и среды (МФЗ).

Биохимический метод

Основан на изучении активности ферментных систем (либо по активности са­мого фермента, либо по количеству конечных продуктов реакции, катализируемой данным ферментом). Они позволяют выявлять генные мутации – причины болезней обмена веществ (например, фенилкетонурия, серповид­но-клеточная анемия).

С помощью биохимических нагрузочных тестов мож­но выявлять гетерозиготных носителей патологических генов, например, фенилкетонурии. Исследуемому челове­ку вводят внутривенно определенное количество амино­кислоты фенилаланина и через равные промежутки вре­мени определяют его концентрацию в крови. Если чело­век гомозиготен по доминантному гену (АА), то концент­рация фенилаланина в крови довольно быстро возвраща­ется к контрольному уровню (определяется до введения фенилаланина), а если он гетерозиготен (Аа), то сниже­ние концентрации фенилаланина идет вдвое медленнее.

Аналогично проводятся тесты, выявляющие предрас­положенность к сахарному диабету, гипертонии и др. бо­лезням.

Среди методов генетического анализа наряду с генеалогическим большое значение имеет близнецовый метод. В какой мере признак зависит от наследственных особенностей организма, т. е. от его генотипа, и в какой - от условий внешней среды? Этот вопрос касается самых различных признаков человека: особенностей строения организма, физиологических функций, наследственных болезней, таких специфических черт человека, как типологические свойства высшей нервной деятельности и психики. В решении этих вопросов существенное место принадлежит близнецовому методу генетики. С его помощью получены убедительные доказательства того, что индивидуальные свойства человека формируются, складываются в процессе его развития под влиянием как наследственных факторов, так и физической и социальной среды. Это в полной мере относится и к патогенезу наследственных болезней. Более того, близнецовый метод позволил оценить относительную роль, удельный вес генетических и средовых факторов в развитии каждого конкретного признака.

Близнецы у человека имеют разное происхождение. Однояйцовые, или монозиготные (MZ), близнецы развиваются из одного оплодотворенного яйца (одной зиготы) вследствие ее разделения с образованием двух эмбрионов. Партнеры монозиготной пары имеют полностью идентичные генотипы, и все различие их признаков зависит только от условий среды. Разнояйцовые, или дизиготные (DZ), близнецы рождаются тогда, когда созревают одновременно две яйцеклетки, оплодотворяемые двумя спермиями. Партнеры дизиготной пары генотипически различны. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, рожденные порознь. Однако, благодаря одновременному рождению при совместном воспитании у них будет значительная общность среды. Различие их признаков обусловлено в основном неидентичным генотипом.

Соотношение моно- и дизиготных близнецов в популяции, т. е. компонента многоплодия, определяется различным путем, в том числе методом Вайнберга, который основывается на возможной одно- и разнополости дизиготных близнецов. Вероятность оплодотворения второй яйцеклетки спермиями, несущими хромосомы X или У, равна 50 %, т. е. вероятности рождения одно- или разнополых дизиготных близнецов примерно равны. Таким образом, разнополые близнецы составляют 50 % всех дизиготных близнецов и, следовательно, их общее число равно удвоенному числу разнополых близнецов в данной выборке. Число монозиготных близнецов соответствует разности общего числа близнецов и удвоенного числа разнополых близнецов.

Коэффициент дизиготной близнецовости (d) показывает, какое число дизиготных пар рождается в данной популяции или выборке на 1000 родов. Его определяют по формуле: d = 2U/N x 1000, где U - число разнополых DZ-пар, а N - общее число родов в выборке. Коэффициент монозиготной близнецовости (m) вычисляют по формуле: m = L-2U/N x 1000, где L - общее число близнецов в изученной выборке. Использование этих коэффициентов позволяет сравнивать частоту моно- и дизиготных близнецов в разных выборках.

Основу любого близнецового исследования составляет диагностика зиготности партнеров пары, т. е. установление факта моно- или дизиготного происхождения близнецов. В основе диагностики зиготности лежит изучение сходства (конкордантности) и различия (дискордантности) партнеров близнецовой пары по совокупности таких признаков, которые мало изменяются под влиянием среды. Метод, получивший название поли-симптомного (метод сходства, подобия), включает в себя исследование конкордантности и дискордантности близнецов по таким признакам, как цвет и форма волос, цвет и разрез глаз, форма ушей, бровей, носа, губ, подбородка и др. Для каждого из этих признаков разработаны балльные и иные шкалы оценок, которые позволяют, сравнивая эти оценки у партнеров пары близнецов, поставить правильный диагноз. В принципе монозиготные близнецы должны быть конкордантны по всей совокупности признаков, используемых при методе подобия, в то время как дизиготные по части признаков дискордантны. К недостаткам метода относятся его субъективизм, возможность изменения внешних признаков монозиготных партнеров под действием средовых факторов, а также невозможность его использования у детей раннего возраста.

К другим методам диагностики зиготности близнецов относятся: иммуногенетический, когда близнецов-партнеров сравнивают по эритроцитарным антигенам (системы групп крови ABO, MN, Rh, P и др.), составу белков сыворотки крови, гаплотипам системы HLA. Эти менделирующие признаки не изменяются в течение жизни индивида, не зависят ни от каких внешних факторов, т. е. со всех точек зрения являются идеальными генетическими маркерами. При отсутствии ошибок определения даже единственное различие будет свидетельствовать о дизиготности близнецов. Для диагностики зиготности используют также данные дерматоглифики (исследование кожного рельефа пальцев рук и ладоней), изучение способности чувствовать вкус особого вещества - фенилтиокарбамида, которая наследуется как моногенный признак.

В больших близнецовых выборках, т. е. в популяционных исследованиях близнецов, целесообразно применять метод анкетирования. Близнецам рассылается анкета, содержащая перечень вопросов относительно сходства близнецов и наличия случаев ошибок при их узнавании родителями, учителями, друзьями.

Сущность близнецового метода заключается в сравнении внутрипарного сходства в группах моно- и дизиготных близнецов, что позволяет с помощью специальных формул оценить относительную роль наследственности и факторов среды в развитии каждого конкретного признака. При исследовании качественных признаков внутрипарное сходство оценивают по принципу "подобны - различны". Пары, в которых партнеры подобны друг другу по данному признаку, называются конкордантными. Если один из партнеров обладает данным признаком, а второй нет, то пара называется дискордантной. Например, по группе крови пара считается конкордантной, если оба партнера имеют одну группу, но если группа крови партнеров различна, то пара дискордантна. Для доказательства роли наследственности в развитии признака достаточно сравнить долю (процент) конкордантных пар в группах моно- и дизиготных близнецов.

Рассмотрим это на примере сахарного диабета. Если один из монозиготных близнецов болен диабетом, то второй партнер заболевает в 65 % случаев (в 65 % случаев они конкордантны). Если один из дизиготных близнецов заболел диабетом, то второй заболевает только в 18 % случаев. Большая конкордантность в группе генетически идентичных партнеров монозиготных пар доказывает, что в этиологии диабета наследственное предрасположение играет существенную роль.

Для количественной оценки роли наследственности и среды применяют различные формулы. Чаще всего пользуются коэффициентами наследуемости (Н) и влияния среды (Е), вычисляемыми по формуле Хольцингера:

C MZ - C DZ H = --------- x 100; E = 100 - H 100 - C DZ

где C MZ - процент конкордантных пар в группе монозиготных, a C DZ - то же в группе дизиготных близнецов, в приведенном выше примере сахарного диабета доля наследственной обусловленности признака составляет: H = (65-18)/(100-18) x 100 = 57%, а влияние среды Е = 100 - 57= 43 %. Результаты вычислений по формулам Хольцингера подтверждают, что заболевание диабетом обусловлено генетическими факторами не меньше, чем условиями среды.

Используем формулу Хольцингера еще в двух примерах. Предположим, что признак (группа крови) целиком обусловлен генотипом и не зависит от воздействия среды. В этом случае в группе монозиготных близнецов конкордантность партнеров полная в силу идентичности их генотипов (C MZ = 100%), а конкордантность в группе дизиготных близнецов, определяемая случайным сочетанием генов их родителей, будет неполной, например, 40 % (C DZ = 40 %). Подставляя эти значения в формулу Хольцингера, получим: H = (100-40)/(100-40) x 100 = 100%;

Иной результат получается для признака, развитие которого не зависит от генотипа и полностью обусловлено влиянием среды (так бывает при некоторых инфекционных болезнях). В этом случае процент конкордантных пар в группах моно- и дизиготных близнецов один и тот же, например, по 90 % в обеих группах. Подставляя эти значения конкордантности в формулу Хольцингера, получим Н = 0 %, Е = 100 %. Следовательно, коэффициент наследуемости для разных признаков различен; он изменяется от 100 % для признаков, полностью обусловленных генетическими факторами, до 0 % для признаков, целиком зависящих от влияния среды. В большинстве случаев развитие признаков определяется совместным влиянием генотипа и условий среды, тогда коэффициент наследуемости меньше 100 % и больше 0 %, причем он тем больше, чем сильнее влияние генетического фактора.

Коэффициент наследуемости можно вычислить и для количественных признаков, при которых партнеры пары отличаются друг от друга не по альтернативе "конкордантны - дискордантны", а по выраженности признака. В этих случаях коэффициент наследуемости вычисляют по несколько измененной формуле Хольцингера:

R MZ - r DZ H = ----------- 100; Е = 100 - Н, 1 - r DZ
где r MZ - коэффициент внутриклассовой корреляции в группе монозиготных, a r DZ - то же в группе дизиготных близнецов.

Математический аппарат близнецового анализа в последние годы значительно расширился, что позволяет в ряде случаев получить дополнительные сведения об относительном значении генотипа и среды в онтогенезе признаков организма.

Рассмотрим, что дал близнецовый метод при оценке удельного веса наследственных и средовых факторов в развитии отдельных признаков человека.

Остановимся на крайнем случае преобладающего влияния генетических факторов: группы крови полностью обусловлены генотипом и никакие условия среды, совместимые с жизнью, не приводят к их изменению. Монози-готные близнецы всегда конкордантны по группам крови. Коэффициент наследуемости, вычисленный по формуле Хольцингера, равен 100 %. Это же относится и ко всем тем случаям, когда ген непосредственно программирует признак, являясь его матрицей. Примером могут служить первичная структура ферментов, электрофоретические варианты белков плазмы крови и др. Однако, чем длиннее цепь процессов развития признака, отделяющая его от гена, тем больше может быть влияние среды.

Перейдем к оценке роли генетических и средовых факторов в патогенезе различных заболеваний человека. При инфекционных болезнях (бактериальной, вирусной инфекции) роль внешней среды очевидна. Еще недавно считали чуть ли не абсурдом предполагать зависимость этих болезней от наследственных факторов. Однако данные, полученные с помощью близнецового метода, заставили в ряде случаев изменить это представление (табл. 4). Данные табл. 4 показывают, что при заболевании корью и коклюшем одного из партнеров близнецовой пары вероятность заболевания второго (конкордантность пары) в группах моно- и дизиготных близнецов практически одинаковая. Преобладающая роль инфекционного фактора в этих случаях вполне отчетлива. Однако, при заболевании одного из близнецов паротитом частота заболевания второго партнера в монозиготной паре несколько больше, чем в дизиготной. Еще более очевидно это при туберкулезе. Вероятность заболевания второго близнеца в монозиготной паре почти в 3 раза больше, чем в дизиготной. Следовательно, при идентичном генотипе сходная реакция на внешний фактор (туберкулезная инфекция) наступает чаще, чем при разных генотипах, что доказывает существенную роль генетических факторов. Более того, исследование конкордантности моно- и дизиготных близнецов при туберкулезе и некоторых других болезнях позволило показать (в этом видны уникальные возможности близнецового метода), что высокая конкордантность заключается не только в сходстве по возникновению болезни (заболел - не заболел), но и в ее клинических формах и локализации процесса. Монозиготные близнецы значительно чаще болеют формами туберкулеза, тождественными по течению и исходу.

При многих хронических внутренних болезнях, психических болезнях и пороках развития различия в частоте заболеваемости второго близнеца при болезни первого среди монозиготных близнецов значительно выше, чем среди дизиготных (см. табл. 4). Следовательно, в возникновении многих болезней наряду с факторами внешней среды в большей или меньшей степени участвует наследственный фактор. Это позволило открыть генетическое предрасположение к болезням, и близнецовый метод сыграл в исследовании этого явления немаловажную роль.

Остановимся кратко на морфологических признаках строения тела и черт лица. Среди них можно отметить такие, по которым у монозиготных близнецов наблюдается высокая (близкая к 100%) конкордантность при значительной дискордантности дизиготных. Так, по форме бровей, носа, губ и ушей, цвету глаз, волос и кожи монозиготные близнецы конкордантны в 97-100 %, а дизиготные (в зависимости от признака) - в 70-20 % случаев. Следовательно, эти признаки мало зависят от влияния факторов внешней среды. Из количественных признаков рост меньше зависит от условий среды, чем масса тела. Среднее внутрипарное различие роста у монозиготных близнецов составляет 1,7 см, а дизиготных - 4,4 см. Масса тела больше зависит от питания и расхода энергии.

Для иллюстрации наследуемости физиологических признаков рассмотрим пример артериального давления. Критерием конкордантности по этому постоянно меняющемуся признаку служило сходство между партнерами в определенных пределах (5 мм рт. ст.). Такая конкордантность была отмечена у 63 % монозиготных и только у 36 % дизиготных близнецов.

С помощью близнецового метода исследовали некоторые онтогенетические характеристики, несомненно зависящие от действия совокупности факторов. Для выяснения вопроса, зависит ли от наследственных факторов время первой менструации у девочек, определяли внутрипарное различие возраста, в котором началась первая менструация. Оказалось, что в монозиготных парах различие составляет в среднем 3 мес, а в дизиготных - 13 мес.

Весьма важен вопрос о том, зависит ли от наследственных факторов продолжительность жизни человека или она целиком определяется условиями внешней среды. Выяснить этот вопрос мог только близнецовый анализ. Сравнение внутрипарного различия продолжительности жизни в группах моно- и дизиготных близнецов показало, что долголетие в определенной мере обусловлено генетическими факторами. Долгожительство в некоторых местностях земного шара нельзя объяснить только благоприятными условиями среды (горный климат, особый режим питания и труда). Хотя влияние этих факторов не вызывает сомнений, существенную роль играет и генотип.

Для педиатров, психологов и педагогов определенный интерес представляет генетическая и средовая детерминация типа высшей нервной деятельности, психологических свойств и характеристик интеллекта. Почему у детей различные способности к музыке, математике, рисованию? В какой мере признаки интеллекта зависят от наследственных факторов, а в какой - от физической и социальной среды? В решении этих вопросов большое место занимают данные, полученные на близнецах, а именно, изучение конкордантности партнеров в группах моно- и дизиготных близнецов.

Остановимся на роли наследственных и средовых факторов в развитии одаренности ребенка. Всесторонняя одаренность - крайне редкое явление. Талантливый музыкант может быть бездарным в области математики, а выдающийся математик - совершенно неспособным к живописи. Способности следует изучать по отношению к тому или другому конкретному виду деятельности. Исследование конкордантности показало, что партнеры мо-нозиготных пар обычно проявляют способности к одному и тому же виду деятельности, а дизиготные партнеры - к различным видам. Многочисленные примеры приведены в монографии И. И. Канаева (1959).

Многочисленные примеры высокой конкордантности монозиготных близнецов, никак не проявляющейся столь полно у дизиготных, убедительно доказывают, что и признаки психики, способности, признаки интеллекта в определенной мере обусловлены генотипом. Однако это отнюдь не исключает значительной, иногда определяющей роли физической и социальной среды.

Близнецовый метод позволил доказать основной закон генетики развития: индивидуальные свойства каждого организма формируются, складываются в онтогенезе под контролем генотипа и среды. Закон взаимодействия наследственных факторов с физической и социальной средой справедлив для любых признаков человека, особенностей строения его тела, физиологических функций, патологии. Ему подчиняется и развитие таких сложных признаков, как тип высшей нервной деятельности, особенности психики, способности и склонности. Никакие условия социальной среды, никакой труд талантливых наставников, никакие упражнения, тренировки, обучение не воспитают выдающегося художника, певца, математика, спортсмена из ребенка, не имеющего соответствующих наследственных задатков. Однако эти задатки не смогут полностью проявиться без соответствующих условий. Необходимым условием их развития является социальная среда - воспитание, обучение, опытное руководство и систематический труд.

Закон взаимодействия наследственности и среды в развитии признаков человека в наше время не требует новых доказательств, хотя до сих пор среди врачей, педагогов и психологов можно встретить сторонников как абсолютной роли воспитания и среды, так и фатального значения наследственности. Их споры - эхо давно отшумевших бурь, попытка ревизовать основной закон генетики развития.

Значение близнецового метода в медицинской генетике этим не ограничивается. По мере разработки теоретических основ близнецового метода постепенно сформировался особый раздел этих исследований - метод контроля по партнеру. Область его применения чрезвычайно разнообразна и выходит далеко за пределы узко генетических исследований. Значение контроля по партнеру в анализе фенотипической вариации индивидуального генотипа, генетике развития, фенотипических проявлений наследственных аномалий также непрерывно растет.

В методе контроля по партнеру "используют" только монозиготных близнецов. Априорная идентичность их генотипов, которая позволяет рассматривать партнеров в генетическом плане как одного человека, дает возможность очень точно и демонстративно оценить эффект того или иного внешнего воздействия, если один партнер подвергается действию этого фактора, а другой не подвергается и служит контролем. Предположим, что для лечения определенного заболевания предлагается новый лекарственный препарат. После многочисленных лабораторных исследований препарат передают на клинические испытания. Необходимо проверить его эффективность у больных. Для этого обычно большую группу больных делят на две части. Первые получают новый препарат, а вторые - нет (их лечат прежними методами). Через определенное время сравнивают результаты лечения. Если препарат действительно эффективен, то среди принимавших его выздоровевших лиц или лиц с улучшением состояния будет больше, чем среди леченных другими методами. Однако индивидуальная чувствительность к любому препарату чрезвычайно гетерогенна, вариабельна. Она зависит от генетических факторов, а также от возраста больных, особенностей патологического процесса и многих других причин, которые и в "опытной", и в контрольной группах могут быть разными. Обе эти группы обычно стараются сделать достаточно представительными, в них включают сотни, а иногда и тысячи больных, чтобы затем, пользуясь специальными статистическими методами, нивелировать все параметры в обеих группах и получить достоверную информацию о действии нового препарата. Из этого видно, какие поистине уникальные возможности открывает перед фармакологией и фармакогенетикой (наукой, изучающей генетические основы чувствительности к лекарственным препаратам) близнецовый метод контроля по партнеру. "Используя" монозиготных близнецов, конкордантных по болезни, когда один партнер каждой пары получает новый препарат, а второй служит "контролем", можно получить совершенно объективные сведения об эффективности препарата. В этом случае почти исчезают многочисленные ограничения по генетическим, физиологическим и средовым факторам, влияющим на чувствительность к препарату. Такие исследования на близнецовой модели выгодны и в экономическом плане - они требуют лишь 20-30 пар.

Метод контроля по партнеру в последнее время успешно используется. Он позволяет оценить лечебный эффект новых фармакологических средств при разных способах введения, исследовать фазы их действия, показать различия фармакокинетики новых и старых препаратов. Например, Р. М. Заславская и соавт. (1981) на ограниченном числе близнецовых пар достоверно доказали различие в действии нового антиангинального препарата нонахлазина и широко используемого в клинике курантила. Близнецовый метод все шире применяется в клинической генетике и фармакологии.