Метод дослідження статевого хроматину за Сандерсоном

За допомогою шпателя чи предметного скла зіскрібають клітини з молярної поверхні слизової оболонки щоки. Зіскрібок переносять на предметне скло у вигляді мазка. Відразу на мазок наносять краплю оцтовокислого орсеїну (оцеторсеїну). Оцтова кислота фіксує клітини, а орсеїн добре виявляє ядерні структури, майже не фарбуючи цитоплазму. Великим пальцем притискують накривне скло, завдяки чому клітини сплющуються. Препарат досліджують під великим збільшенням на статевий хроматин.

Подальші модифікації цього методу стосувалися способів приготування мазка й фарбування. Барвниками запропоновані карбол-фуксин, крезовіолет, галоціанін, фарбування за методом Фольгена.

Перед взяттям зскрібка пацієнта просять "обкусати" зубами слизову оболонку щік і прополоскати рот. Якщо пацієнт не хоче виконувати інструкції, йому протирають слизову рота марлевою серветкою. Ці процедури необхідні для того, щоб видалити десквамовані клітини, в яких статевий хроматин не виявляється. За допомогою спеціального шпателя із загнутим і злегка відточеним краєм роблять зскрібок епітелію слизової оболонки. Білуватий наліт коловими рухами розподіляють по поверхні чистого, сухого предметного скла; стараючись, щоб мазок не висох, занурюють скло в метанол для фіксації на 10-15 хвилин.

На мазок наносять краплю оцеторсеїну, приготованого на суміші оцтової і молочної кислот. Накривають препарат накривним склом. Надлишок барвника видаляють фільтрувальним папером. Клітини забарвлюються через декілька секунд.

При малому збільшенні мікроскопа (окуляр х10 або х20) знаходять скупчення клітин і переводять об'єктив на імерсійну систему. Проглядають поля зору, відмічаючи клітини зі статевим хроматином. Статевим хроматином вважають найбільші хроматинові грудочки, що мають форму трикутника, півмісяця чи місцевого потовщення ядерної оболонки. Статевий хроматин слід рахувати тільки в клітинах з непошкодженими ядрами, що мають ніжну, тонку хроматинову структуру.

У жінок статевий хроматин виявляється в 20-60% ядер (рис. 59). Кількість грудочок статевого хроматину завжди на одиницю менше ніж число Х-хромосом. У нормі в жінок у кожному ядрі міститься одне тільце статевого хроматину. Порушення кількості Х-хромосом призводить до зміни кількості статевого хроматину: в індивідуума типу 48 (ХХХХ) їх буде три, за типу 45 (Х0) (синдром Шерешевського-Тернера) статевий хроматин відсутній.

Рис. 59. Статевий хроматин в ядрах соматичних клітин

У чоловіків з каріотипом 46 (ХY) статевого хроматину немає. За каріотипу 47 (ХХY) визначається одна грудочка статевого хроматину, в осіб з каріотипом 48 (ХХХY) – дві грудочки.

Статевий хроматин виявляється також у сегментних лейкоцитах у вигляді виросту (так звані “барабанні палички”), у вагінальному епітелії або в клітинах волосяної цибулини.

Для виявлення чоловічого Y-статевого хроматину (F-тільця) мазки фарбують акрихіном і розглядають із допомогою люмінесцентного мікроскопа. Y-хроматин – це часточка, що інтенсивно світиться, яка за величиною й інтенсивністю світіння відрізняється від інших хромоцентрів. Він виявляється в ядрах клітин чоловіків. Кількість Y-тілець відповідає числу Y-хромосом у каріотипі.

Y-хроматин (син.: F-тільце)

При забарвленні ядра флуоресціюючими барвниками Y-хромосома відрізняється від інших хромосом інтенсивним світінням свого довгого плеча. Ця властивість зберігається і в інтерфазних ядрах (наприклад, у клітинах слизової оболонки рота, у клітинах волосяної цибулини, клітинах амніотичної рідини і в лейкоцитах, а також у сперміях).

Ця методика більш складна. Для приготування препаратів висушені мазки епітелію слизової щоки (або лімфоцитів периферичної крові) фіксують в абсолютному метиловому спирті впродовж 2 хв, проводять через нисхідний ряд спиртів (етиловий спирт), витримуючи по 30 с в кожному, потім – через воду і поміщають у буфер Мак-Ілвейна (рН 7,0) на 8 хв при 8°. Після цього мазки фарбують впродовж 8-10 хв в 0,005%-ному розчині акрихіну-іприту, споліскують у свіжій водогінній воді, диференціюють у двох–трьох порціях цитратно-фосфатного буфера Мак-Ілвейна по 1-2 хв і заключають у суміш вода-гліцерин (1:1). Отриманий препарат накривають покривним скельцем. Надлишок середовища видаляють фільтрувальним папером, краї покривного скельця заливають парафіном. Забарвлені препарати розглядають під люмінесцентним мікроскопом.

Яскраве світіння довгих плеч Y-хромосоми в метафазі визначає статеву хромосому індивідуума. Флуоресціююча світла цяточка іноді нагадує двокрапку і виявляється у великому відсотку всіх клітин з Y-хромосомою. Y-тільце має вигляд флуоресціюючого утворення. Зазначається і широка варіабельність форми і компактності Y-тільця.

Частота Y-хроматин-позитивних ядер у клітинах слизової щоки в нормального чоловіка, у середньому, становить 25-50%. Дослідження статевого хроматину дозволяє без каріологічного аналізу визначити набір статевих хромосом. Воно проводиться при масових обстеженнях населення з метою скринінгу для більш детального вивчення хромосом.

Генеалогічний метод

Основний метод генетичного аналізу в людини полягає в складанні й вивченні родоводу. Даний метод вперше запропонував наприкінці XIX ст. Ф.Гальтон.

Генеалогія – це родовід. Генеалогічний метод – метод родоводів, коли простежується ознака (хвороба) у родині з вказівкою родинних зв’язків між членами родоводу. В його основу покладено ретельне обстеження членів родини, складання й аналіз родоводів.

Це найбільш універсальний метод вивчення спадковості людини. Він і використовується завжди при підозрі на спадкову патологію, дозволяє встановити:

- спадковий характер ознаки;

- тип успадкування і пенетрантність алеля;

- характер зчеплення генів і здійснювати картування хромосом;

- інтенсивність мутаційного процесу;

- розшифровування механізмів взаємодії генів;

- його застосовують при медико-генетичному консультуванні.

Суть генеалогічного методу полягає у встановленні родинних зв’язків, простеження ознак або хвороби серед близьких і далеких, прямих і непрямих родичів.

Він складається із двох етапів: складання родоводу і генеалогічного аналізу. Вивчення успадкування ознаки або захворювання в певній сім’ї розпочинається із суб’єкта, який має цю ознаку або захворювання.

Особина, яка першою попадає в поле зору генетика, називається пробандом. Це переважно хворий або носій дослідної ознаки. Діти однієї батьківської пари називаються сибсами пробанда (брати – сестри). Потім переходять до його батьків, далі до братів і сестер батьків і їх дітей, потім до дідусів і бабусь і т.д. Складаючи родовід, роблять короткі нотатки про кожного члена сім’ї, його родинні зв’язки з пробандом. Схема родоводу супроводжується позначеннями під рисунком і отримала назву – легенда.

Всі індивідууми розміщуються строго по поколіннях в один ряд. Якщо родовід дуже великий, то різні покоління розташовують не горизонтальними, а концентричними рядами.

Застосування генеалогічного методу дозволило встановити характер успадкування гемофілії, брахідактиліїї, ахондроплазії та ін. Він широко використовується для уточнення генетичної природи патологічного стану і при складанні прогнозу здоров’я нащадків.

Методика складання родоводів, аналіз

Складання родоводу розпочинають з пробанда – людини, яка звернулася до генетика або до лікаря, містить ознаку, яку необхідно вивчити в родичів по батьківській і материнській лінії.

При складанні родовідних таблиць користуються умовними позначеннями, запропонованими Г.Юстом у 1931 р. (рис. 60). Фігури родовідних розміщують горизонтально (або по колу) в один рядок кожне покоління. Зліва позначають римською цифрою кожне покоління, а окремі особи в поколінні – арабськими зліва направо і зверху вниз. Причому найстарше покоління розташовують зверху родоводу і позначають цифрою І, а наймолодше – внизу родоводу.

Братів і сестер згідно з народженням найстаршого розташовують зліва. Кожний член родоводу має свій шифр, наприклад ІІ-4, ІІІ-7. Шлюбна пара родоводу позначається за тим же номером, але з малої літери. Якщо один із подружжя не обстежений, відомості про нього не надаються взагалі.

Після складання родовідної до неї додається письмове пояснення-легенда родовідної. У легенді мають знайти відображення такі відомості:

· результати клінічного й позаклінічного обстеження пробанда;

· відомості про особистий огляд родичів пробанда;

· зіставлення результатів особистого огляду пробанда з відомостями опитування його родичів;

· письмові відомості про родичів, які проживають в іншій місцевості;

· висновок про тип успадкування хвороби або ознаки.

Рис. 60. Символи, які використовуються при складанні родоводів

у генеалогічному методі антропогенетики:

1 – чоловіча стать; 2 – жіноча стать; 3 – стать невідома (інтерсекс); 4 – шлюб; 5 – родинний шлюб; 6 – сибси; 7 – монозиготні близнюки; 8 – дизиготні близнюки; 9 – викидень; 10 – аборт; 11 – мертвонароджений; 12 – бездітний шлюб; 13 – гетерозиготний носій мутантного гена в Х-хромосомі; 14 – померлі; 15 – пробанд; 16 – гетерозиготи; 17 – особи, які несуть патологічну ознаку або захворювання

Не слід обмежуватися при складанні родоводу тільки опитуванням родичів, цього недостатньо. Частині з них призначають повне клінічне, позаклінічне або спеціальне генетичне обстеження.

Мета генеалогічного аналізу полягає у встановленні генетичних закономірностей.

На відміну від інших методів генеалогічне обстеження повинно завершуватися генетичним аналізом його результатів.

Аналіз родоводу дає можливість дійти висновку щодо спадкового характеру ознаки, типу успадкування (автосомно-домінантний, автосомно-рецесивний або зчеплений зі статтю), зиготності пробанда (гомо- або гетерозиготний), ступеня пенетрантності й експресивності.

Особливості родоводів за різних типів успадкування

Аналіз родоводів показує, що всі хвороби, детерміновані мутантним геном, підпорядковуються класичним законам Менделя за різних типів успадкування.

За автосомно-домінантного типу успадкування домінантні гени фенотипово виявляються у гетерозиготному стані і тому визначення їх і вивчення характеру успадкування не викликає ускладнень.

Цьому типу успадкування характерні такі закономірності:

1) у кожного носія хворий один із батьків;

2) у хворого, який перебуває в шлюбі зі здоровою жінкою, у середньому, половина дітей хворіє, а друга половина – здорова;

3) у здорових дітей хворих батьків власні діти й онуки здорові;

4) чоловіки і жінки уражуються однаково часто, співвідношення хворих і здорових становить близько 1:1;

5) захворювання проявляються в кожному поколінні, що отримало назву – передача хвороби по вертикалі;

6) гетерозиготні індивіди хворіють;

7) хворі чоловіки і жінки однаково передають захворювання своїм дітям – хлопчикам і дівчаткам;

8) чим важче хвороба проявляється на репродукції, тим більша кількість родинних випадків (нові мутації);

9) гомозиготи можуть народитися від двох хворих батьків. Захворювання у них проходить більш тяжко, ніж у гетерозигот.

Прикладом автосомно-домінантного типу успадкування може бути характер успадкування шестипалості (багатопалості). Шестипалі кінцівки – явище досить рідкісне, але стійко зберігається у багатьох поколіннях деяких родин (рис. 61). Багатопалість стійко повторюється у нащадків, якщо хоча б один із батьків багатопалий, і відсутня в тих випадках, коли в обох батьків кінцівки нормальні. У нащадків багатопалих батьків ця ознака присутня в рівній кількості у хлопчиків і дівчаток. Дія цього гена в онтогенезі з’являється досить рано і має високу пенетрантність.

За автосомно-домінантного типу успадкування ризик появи хвороби в нащадків незалежно від статі становить 50%, але прояв захворювання в певній мірі залежить від пенетрантності, характеризується клінічним поліморфізмом не тільки в різних родинах, але і в членів однієї сім’ї.

Аналіз родоводів показує, що за таким типом успадковуються: синдактилія рук і ніг, синдром Марфана, ахондроплазія, брахідактилія, геморагічна телеангіектазія Ослера, гемахроматоз, гіпербілірубінемія, гіперліпопротеїне­мія, різні дизостози, мармурова хвороба, незавершений остеогенез, нейрофіброматоз 1-го типу (хвороба Реклінгаузена), отосклероз, синдром Пеліциуса-Мерцбахера, пельгірівська аномалія лейкоцитів, періодична адинамія, перніціозна анемія, полідактилія, порфірія гостра інтермітуюча, птоз спадковий, ідіопатична тромбоцитопенічна пурпура, таласемія, туберозний склероз, фавізм, синдром Шарко-Марі, синдром Штурге-Вебера, множинні екзостози, ектопія кришталика, еліптоцитоз (Л.О. Бадалян и соавт., 1971).

Особливість домінантних хвороб полягає у високій варіабельності термінів початку захворювання навіть у межах однієї родини.

Рис. 61. Родовід за автосомно-домінантного типу успадкування

За автосомно-рецесивного успадкування рецесивні гени фенотипово виявляються тільки в гомозиготному стані, що затруднює як виявлення, так і вивчення характеру успадкування.

Цьому типу успадкування властиві такі закономірності:

1) батьки здебільшого клінічно нормальні;

2) якщо хворіють обоє батьків, то всі діти будуть хворі;

3) якщо хвора дитина народилася у фенотипово нормальних батьків, то батьки обов’язково гетерозиготи, ¼ їх дітей буде уражена, ½ – гетерозиготні і ¼ – нормальні;

4) якщо уражені сибси народилися від близькородинного шлюбу, то це доказ рецесивного успадкування захворювання;

5) якщо вступають у шлюб хворий на рецесивне захворювання і генотипово нормальна людина, всі їх діти будуть гетерозиготами і фенотипово здорові;

6) якщо вступають у шлюб хворий і гетерозигота, то половина їх дітей будуть уражені, а половина – гетерозиготні;

7) якщо вступають у шлюб двоє хворих на одне і теж рецесивне захворювання, то всі їх діти будуть хворі;

8) обидві статі хворіють з однаковою частотою;

9) гетерозиготи фенотипово нормальні, але є носіями однієї копії мутантного гена;

Аналіз родоводів свідчить, що фенотипове виявлення рецесивних генів відбувається тільки в тих сім’ях, коли ці гени мають обоє батьків хоча би в гетерозиготному стані (рис.62).

Рис. 62. Родовід за автосомно-рецесивного типу успадкування

Сегрегація нащадків відповідає менделівському співвідношенню – 1(здоровий):2(гетерозиготи):1(хворий). Ризик появи хворої дитини в такому шлюбі становить 25%. Рецесивні гени в людських популяціях залишаються не виявленими. Проте в шлюбах між близькими родичами або в ізолятах (невеликі групи людей), де відбуваються шлюби за близьких родинних зв’язків, прояв рецесивних генів зростає. За таких умов імовірність переходу в гомозиготний стан і фенотипового виявлення малопоширених рецесивних генів різко збільшується.

Оскільки більшість рецесивних генів має негативне біологічне значення, супроводжується біохімічним дефектом, і зумовлює ослаблення життєвої стійкості та появу різних виродливостей і спадкових хвороб, то для здоров’я нащадків родинні шлюби мають різко негативний характер.

Спадкові хвороби переважно передаються за автосомно-рецесивним типом, за якого діти від батьків-гетерозигот можуть успадкувати хворобу в 25% випадків (за повної пенетрантності). Зважаючи, що повна пенетрантність трапляється рідко, то і відсоток успадкування захворювання менший.

Основні захворювання, які успадковуються за автосомно-рецесивним типом: абеталіпопротеїнемія, агаммаглобулінемія, агранулоцитоз, адреналова гіперплазія, акаталазія, алкаптонурія, альбінізм, амавротична ідіотія, аміно­ацидурії, аміотонія уроджена, анемія автоімунна гемолітична, анемія гіпохромна мікроцитарна, анемія несфероцитарна гемолітична, аненцефалія, атаксія-телеангіектазія, хвороба Верльгофа, галактоземія, синдроми Галевордена-Шпатца, Гартнупа, Кріглера-Наджара, Лоуренса-Муна-Барде-Бідля, Шільдера, Гоше, Краббе, Рефсума, Фанконі, гіпербілірубінемія, гермафродитизм, гепатоцеребральна дистрофія, гіпоадренокор-тицизм, гіпоальдостеронізм, гіпогаммаглобулінемія, глікогенна хвороба, гліцинемія, дистонія м’язова деформуюча, євнухоїдизм, лактатацидоз, метахроматична лейкодистрофія, мікседема, порфірія уроджена, пігментний ретиніт, прогерія, ренальна агенезія, ренальний канальцевий ацидоз, серпоподібноклітинна анемія, спонгіозна дегенерація центральної нервової системи, церебральний склероз, талесемія, атаксія Фрідрейха, фруктозурія, церебральний холестериноз, кольорова сліпота, хондродистрофія (Л.О. Бадалян и соавт., 1971).

Ряд захворювань успадковується за Х-хромосомним (зчепленим зі статтю) типом, коли мати є носієм мутантного гена, а половина її синів хворі. Розрізняють Х-зчеплене домінантне і Х-зчеплене рецесивне успадкування.

Для Х-зчепленого домінантного типу успадкування характерно:

1) хворі чоловіки передають своє захворювання дочкам, але не синам;

2) хворі гетерозиготні жінки передають захворювання половині своїх дітей незалежно від їх статі;

3) уражені гомозиготні жінки передають захворювання всім своїм дітям.

Такий тип успадкування трапляється не часто. Захворювання у жінок прохо­дить не так тяжко, як у чоловіків. Досить важко розрізнити між собою Х-зчеплене домінантне й автосомно-домінантне успадкування. Застосування нових технологій (ДНК-зонди) допомагає більш точно виявити тип успадкування.

Х-зчепленому рецесивному типу успадкування (рис.63) властиві такі закономірності:

1) майже всі уражені – чоловіки;

2) ознака завжди передається через гетерозиготну матір, яка фенотипово здорова;

3) хворий чоловік ніколи не передає захворювання своїм синам;

4) всі дочки хворого батька будуть гетерозиготними носіями;

5) жінка-носій передає захворювання 50% синів, ні одна з дочок не буде хворою, але половина дочок – носії спадкового гена.

Більше 300 ознак зумовлені мутантними генами розташованими в Х-хромосомі.

Рис. 63. Х-зчеплене рецесивне успадкування

До захворювань, які успадковуються за рецесивним, зчепленим зі статтю типом відносяться: агаммаглобулінемія, альбінізм (деякі форми), анемія гіпохромна, синдроми Віскотта-Олдрича, Пельціуса-Мерцбахера, Фарбі, Гутнера, Лоу, Шольца, гемофілія А, гемофілія В, гіперпаратиреоїдизм, глікогеноз VI типу, нестача глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, нецукровий нефрогенний діабет, іхтіоз, періодичний параліч, пігментний ретиніт, псевогіпертрофічна форма міопатії, фосфат-діабет, кольорова сліпота.

Популяційно-статистичний метод

Метод ґрунтується на спостереженні спадкових ознак у великих групах населення. Він дозволяє розрахувати в популяції частоту нормальних і патологічних генів і генотипів: гетерозигот, гомозигот домінантних і рецесивних, частоту нормальних і патологічних фенотипів.

У 1908 році математик Г.Харді в Англії і лікар-антрополог В.Вайнберг у Німеччині сформулювали закон підтримки генетичної рівноваги в ідеальній популяції. Ними було запропоновано для відображення розподілу генотипів у панміктичній популяції застосувати формулу бінома Ньютона: (a+b)² = a² + 2ab + b².

Частота генотипів і фенотипів розраховується за формулою Харді-Вайнберга: p²+2pq+q²=(p+q)²=1, де p – частота домінантного гена; q – частота рецесивного гена; q² – частота гомозигот за рецесивним геном; p² – частота гомозигот за домінантним геном; 2pq – частота гетерозигот.

Популяційно-статистичний метод застосовують для вивчення:

1) частоти генів у популяціях, включаючи частоту спадкових хвороб;

2) мутаційного процесу;

3) ролі спадковості й середовища у виникненні хвороб, особливо хвороб із спадковою схильністю;

4) ролі спадковості й середовища у формуванні фенотипового поліморфізму людини за нормальними ознаками;

5) значення генетичних чинників в антропогенезі, зокрема в расоутворенні (Н.П. Бочков, 2001).

Близнюковий метод

Для клінічної генетики у вивченні закономірностей успадкування патологічної ознаки особливо важливого значення набув близнюковий метод, який запровадив англійський учений Ф. Гальтон (1876).

Його використовують для встановлення ступеня спадкової зумовленості досліджуваних ознак.

Метод ґрунтується на трьох положеннях:

1. Монозиготи мають ідентичні генотипи, а дизиготи – різні генотипи.

2. Середовище, в якому розвиваються близнюки і яке впливає на прояв ознак, може бути однаковим і неоднаковим для одної і тої ж пари близнюків.

3. Всі властивості організму визначаються взаємно за участю генотипу і середовища.

Як відомо, близнюки можуть розвиватися з одного заплідненого яйця (монозиготні, МЗ), або з двох запліднених одночасно різних яйцеклітин (дизиготні, ДЗ).

Монозиготні близнюки (ідентичні, однояйцеві) характеризуються абсолютною схожістю генотипу і фенотипу: однакової статі, мають ідентичні групи крові, схожі між собою зовні. Вони мають 100% спільних генів. Монозиготні близнюки виникають з однієї яйцеклітини, заплідненої одним сперматозоїдом з наступним поділом зиготи на два зародки.

Дизиготні близнюки (неідентичні, двояйцеві) мають різні генотипи, можуть відрізнятися за статтю і за зовнішніми ознаками, але в них 50% загальних генів. Дизиготні близнюки виникають внаслідок запліднення двох і більше яйцеклітин. Це може відбутися за одночасного утворення двох яйцеклітин у двох фолікулах або утворення двох яєць в одному фолікулі.

На підставі порівняльного вивчення ознак у близнюків вираховують показники конкордантності (частота схожості) і дискордантності (частота відмінностей).

У МЗ конкордантність значно вища, ніж у ДЗ, проте ступінь схожості для різних ознак істотно коливається.

З метою оцінки ролі спадковості в розвитку тієї чи іншої ознаки проводять розрахунки за формулою:

Н = ^{% подібності МЗ – % подібності ДЗ} ,

100 – % подібності ДЗ

де Н – коефіцієнт спадковості (англ. heredity – спадковість), МЗ – монозиготи, ДЗ – дизиготи.

Якщо значення коефіцієнта Н близьке або дорівнює одиниці, то ознака цілком визначається генотиповим чинником; якщо коефіцієнт Н близький або дорівнює нулю – визначальна роль належить фенотиповим чинникам. При коефіцієнті Н, який коливається в межах 0,5, можна вважати вплив спадковості і середовища на формування ознаки приблизно рівнозначним.

За допомогою близнюкового методу вивчають значення спадковості й середовища у формуванні фізіологічних особливостей організму й у розвитку спадкової патології. Якщо ознака формується під впливом середовища, то різниця (дискордантність) між монозиготами і дизиготами буде незначною. Якщо ознака залежить від генотипу, то схожість між монозиготами буде більшою, ніж між дизиготами. За цим принципом була доведена генетична схильність до різних хвороб. Близнюковий метод використовують для перевірки ефективності терапевтичних заходів при різних захворюваннях, а також при вивченні експресивності й пенетрантності генів, які викликають спадкові хвороби.

Близнюковий метод дає цінну інформацію при вивченні морфологічних і фізіологічних ознак, ролі генотипу і модифікації у формуванні обміну речовин у людини та ін.

Метод дерматогліфіки

Дерматогліфіка – один із найдавніших генетичних методів дослідження. Це наука, що вивчає успадковану зумовленість малюнків, що утворюють лінії шкіри на кінчиках пальців, долонях і підошвах людини.

Назва методу дерматогліфіки походить від двох грецьких слів: δέρμα – шкіра і γλνφος – гравіювати. В його основу покладено вивчення рельєфу шкіри кінчиків пальців рук, долонь і стоп. Дерматогліфіка ґрунтується на трьох особливостях візерунків шкіри: їх індивідуальності, незмінності і можливості зіставлення. Рисунок шкірних візерунків на пальцях, долонях і стопах чітко індивідуальний – на Землі не існує двох індивідуумів з ідентичним рисунком. На це вперше вказав англійський генетик Ф.Гальтон, двоюрідний брат Ч.Дарвіна, що запропонував англійській карній поліції за відбитками пальців ідентифікувати злочинців.

Джерела вчення про дерматогліфіку варто шукати ще в анатомічних дослідженнях М.Мальпігі (1686) і Я.Пуркіньє (1823), що перші дали чітку класифікацію варіантів пальцьових візерунків, виділили візерункові типи. У подальшому питаннями дерматогліфіки займалися англійські дослідники Каммінс, Кенеді, Бонневі, Мідло, американець Уайдлер та ін. З російських учених вагомий внесок зробили В.І.Лебедєв, П.І.Семеновський, М.В.Волоцький, Т.Д.Гладкова та ін.

Дерматогліфіка займається вивченням рельєфу на пальцях, долонях і підошвах. Виявилося, що в кожного народу, у кожної раси малюнки на кінчиках пальців мають свої особливості. Дерматогліфи росіян, українців і білорусів близькі між собою (що свідчить про загальний корінь походження), але за окремими характеристиками пальцьових візерунків повного збігу немає.

Дерматогліфічні дослідження мають важливе значення в криміналістиці, у визначенні зиготності близнюків, у діагностиці низки спадкових захворювань, а також в окремих випадках спірного батьківства.

Долонний рельєф дуже складний. У ньому виділяють ряд полів, подушечок і долонних ліній. Подушечок на долоні 11, їх поділяють на три групи:

1. П'ять кінцевих (апікальних) подушечок на кінцевих фалангах пальців.

2. Чотири міжпальцьові подушечки розташовуються проти міжпальцьових проміжків.

3. Дві долонні проксимальні подушечки – тенар і гіпотенар (рис.64).

На найбільш виступаючих ділянках подушечок помітні шкірні гребінці. Це лінійні стовщення епідермісу, що являють собою модифіковані лусочки шкіри.

Рис. 64. Шкірні складки та візерунки долоні людини

Вивчення малюнка шкірних гребінців тільки на подушечках кінцевих фаланг пальців є предметом дактилогліфіки. Нею займаються не тільки генетики, але й криміналісти (дактилоскопія). Завдання дерматогліфіки значно ширші. Гребінці спостерігаються й на інших шести подушечках, а також на велярній поверхні середньої та основної фаланг пальців (пальмоскопія). Вивчення їх також є предметом дерматогліфіки.

Дактилоскопія, чи дактилогліфіка, має більш стародавню історію, ніж пальмоскопія (вивчення шкірного рельєфу долоні). Ф.Гальтон вже в 1892 р. створив першу наукову класифікацію візерунків пальцьових подушечок. Надалі її доповнили й удосконалили Уайдлер (1904), У.Каммінс і Мідло (1943).

Методикою дослідження, запропонованою останніми авторами, користуються і сьогодні.Долоня дистально обмежена п’ястково-фалангеальними згинальними складками, а проксимально – зап’ястковою або браслетною згинальною складкою.

На долоні і пальцьових подушечках шкірні гребінці розташовані у формі потоків.У місцях з’єднання останніх утворюються трирадіуси або дельти. На долоні людини розрізняють чотири пальцьових трирадіуси (a, b, c, d) – біля основи ІІ-V пальців. Дистальні радіанти цих трирадіусів охоплюють основу пальців, а проксимально – утворюють головні лінії долоні (A, B, C, D)

Долоня умовно поділяється на 14 полів, починаючи від тенара (поле 1) і закінчуючи І міжпальцьовим проміжком (поле 13).

На долоні розрізняють і осьові трирадіуси, розташовані між тенаром і гіпотенаром.

На кінчиках пальців і на долонних підвищеннях розрізняють папілярні візерунки: завитки, петлі й дуги (рис.65).

По поздовжній осі долоні між тенаром і гіпотенаром, де сходяться три системи гребінцевих ліній – тенарна, гіпотенарна і браслетна, виділяють карпальний трирадіус, що позначається малою латинською буквою t. Дистальніше на долоні знаходиться центральний осьовий трирадіус, що позначається тією же буквою t із двома апострофами (t"), а між ними проміжний, що позначається буквою t' з одним апострофом. Ці трирадіуси часто варіюють і не завжди бувають одночасно в того самого суб'єкта.

Подушечка першого пальця поєднується з підвищенням тенара.

Гребінцеві візерунки вивчають під лупою. Відбитки візерунків за допомогою типографської фарби роблять на чистому білому, краще крейдованому папері або целофані.

Як на кінчиках пальців, так і на долонних підвищеннях можуть спостерігатися різні папілярні візерунки у вигляді завитків, петель та дуг відкритих в ульнарний чи радіарний бік. Те ж саме спостерігається на тенарі, і на гіпотенарі. Однак тут частіше бувають дуги.

На середній і основній фалангах пальців гребінцеві лінії ідуть поперек пальців, утворюють різні візерунки – прямі, серпоподібні, хвилеподібні, дугоподібні – і їхні поєднання.

Більше всього робіт присвячено вивченню візерунків на кінчиках пальців. Гальтон виділив 3 форми папілярних візерунків: завитки (whorl), петлі (loop) і дуги (arch). Їх позначають початковими буквами цих слів W, L, A. Петлі можуть бути відкритими як в ульнарний, так і в радіарний бік. Їх напрямок позначають першою буквою цих слів. Символ U позначає петлю, відкриту в ульнарний бік, символ R — петлю, відкриту в радіарний бік. Таким чином, виділяють 4 основних типи пальцьових папілярних візерунків— WRUA. У дугах потоки гребінцевих ліній не перетинаються, і тому у дузі немає трирадіуса чи дельти. У петлі є одна дельта, а в завитку — дві дельти. Рідше трапляються складені чи складні візерунки, що мають один чи більше трирадіусів. Гальтон їх включав до складу завитків.

Ф.Гальтон запропонував записувати пальцьові візерунки початковими латинськими буквами кожної форми візерунка в рядок, починаючи від 5-го пальця лівої руки і закінчуючи п'ятим пальцем правої руки. Уайдлер запропонував запис робити у вигляді дробу. У чисельнику позначають символи для правої руки, а в знаменнику – для лівої, тільки запис починається з першого пальця і закінчується п'ятим. Наприклад, на правій руці на першому пальці завиток, на другому – дуга, на третьому – петля, відкрита в радіарний бік, на четвертому – завиток, а на п'ятому – петля, відкрита в ульнарний бік; на лівій – на першому і четвертому пальцях – завитки, а на інших трьох – ульнарні дуги.

A LR LU W

Рис. 65. Папілярні шкірні візерунки пальців руки людини:

(W – завитки (whorl); L_R, L_{U –} петлі (loop); A – дуги (arch)

М.В.Волоцький запропонував буквенну формулу замінити цифровою, в якій відзначається кількість дельт, але записують послідовно спочатку на правій, а потім на лівій руці. Починають з першого (великого) пальця. Для кожної руки підраховують загальну кількість дельт, а потім для всіх 10 пальців. Зазначена формула в цифровому вираженні буде виглядати так: 20121 (6), 21121 (7) = 13. З цієї формули не видно, в який бік відкриті петлі (ульнарний чи радіарний), а це важливо в генетичних дослідженнях. Тому літерне позначення більш інформативне.

Загальноприйнятими показниками особливостей шкірних візерунків на пальцях є:

1. Загальний гребінцевий рахунок (загальне число папілярних ліній) — сума підрахованих на всіх 10 пальцях папілярних ліній між центром візерунка і дельтою.

2. Індекс інтенсивності візерунка – сума дельт на 10 пальцях обох рук.

3. Частота окремих візерунків – відношення числа візерунків того чи іншого типу (дуги, петлі радіарні, петлі ульнарні, завитки) до загального числа врахованих візерунків.

Рис. 66. Схема підрахунку гребінців від дельти до центру

У групових дослідженнях часто користуються вивченням кількісного значення візерунка, тобто числа гребінців від дельти до центра візерунків (гребінцевий рахунок) (рис.66). У середньому на одному пальці буває 15-20 гребінців, на всіх 10 пальцях для чоловіків ця цифра дорівнює 144,98 ± 51,08, а для жінок – 127,23 ± 52,51. Шкірні візерунки спадково зумовлені й не змінюються протягом усього життя людини.

При вивченні шкірного рельєфу долоні досліджують:

1. Хід головних долонних ліній А, В, С, D.

2. Долонні візерунки на тенарі і гіпотенарі.

3. Пальцьові візерунки (форму візерунків, гребінцевий рахунок).

4. Осьові трирадіуси.

Аналогічні дослідження проводять і на підошвах ніг. Багато робіт присвячено вивченню кореляції між характеристиками шкірних візерунків, з одного боку, і деякими особливостями людини (ріст, колір очей, групи крові), – з іншого. Ці роботи показали, що зв'язок між ними або відсутній, або дуже незначний.

Подібність або розходження тих чи інших елементів шкірного візерунка є вагомим аргументом при визначенні ступеня генетичної близькості між окремими індивідуумами і популяціями. Індивідуальні особливості шкірних візерунків спадково зумовлені. Це доведено багатьма генетичними дослідженнями, зокрема дослідженнями на близнюках.

Характер успадкування типів візерунків ще остаточно не встановлений. Генетичний аналіз успадкування кількісних параметрів (загальний гребінцевий рахунок) свідчить на користь автосомних полігенних впливів. Пропонувалися теорії мономерного і полімерного рецесивного типів успадкування, однак подальшого підтвердження ці теорії не одержали. Усе-таки деякі деталі успадковуються чітко. Так, напрямок головної долонної лінії D у батьків і їхніх дітей однаковий. Рідкісна радіарна дуга на гіпотенарі, як правило, передається і дітям. У шлюбах людей із великою кількістю завитків не було дітей, що не мали хоча б одного завитка. Якщо в обох батьків від 14 до 20 дельт, то в їхніх дітей було не менше 7 дельт.

Ідентифікація зиготності близнюків проводиться за різними категоріями подібності дерматогліфічних елементів.

Вивчають:

1. Білатеральну симетрію — подібність між відповідними шкірними візерунками пальців правої і лівої рук того самого близнюка.

2. Гомолатеральну симетрію — подібність у цьому відношенні гомологічних пальців правої і лівої рук пари близнюків.

3. Дзеркальність (гетеролатеральна симетрія) — подібність гомологічних пальців і долонь правої руки однієї особи та лівої – іншої.

Для більш точної діагностики зиготності треба досліджувати можливо більшу кількість ознак.

А.Стокс вважає, що якщо з 10 гомологічних пар пальців не менш 7 має подібні візерунки (конкордантні), то цю пару близнюків можна вважати монозиготними, при подібності 4-5 пар пальців – дизиготними.

За кількісними показниками дерматогліфіки коефіцієнт кореляції між монозиготними близнюками наближається до 1, у той час як у парах дизиготних близнюків він не перевищує 0,3-0,5.

М.В.Волоцький вважає, що для визначення зиготності близнюків має значення так званий тотальний спосіб, тобто визначення дельтового рахунку. Вивчення дельтового індексу показало, що цей метод має найменшу кількість помилок.

Необхідно досліджувати також і долонні візерунки, лінії А, В, С, D, осьові трирадіуси, малюнок на тенарі, гіпотенарі, міжпальцьових подушечках, аналізувати гребінцевий рахунок та ін.

Деякі вчені надають великого значення в діагностиці близнюків гребінцевій ширині, тобто числу гребенів на 1 см. Вважається, що якщо середнє значення для 10 пальців відрізняється в пари близнюків більш ніж по двох гребінцях, то це вказує на дизиготність близнюків.

Застосування дерматогліфіки у визначенні батьківства вимагає певної обережності. Встановлено, що якщо в дитини є подвійна петля, то вона повинна бути й у батьків. Але якщо в батьків є подвійна петля, а в дитини її немає, то й доказ батьківства тут неможливий, тому що вона не завжди успадковується. Мюллер і Нюренберг у свій час запропонували правило, що допомагає орієнтуватися при вирішенні питання про спірне батьківство. Вони вважають, що в спадщину передаються еліптичні, циркулярні та проміжні форми візерунків. На противагу цьому, інші автори вважають, що більш важливим є порівняння аналогічних ліній і типів візерунків у батьків і дітей. Треба проводити аналіз багатьох елементів, а не окремих візерунків. Мають значення і маленькі візерункові ознаки.

Угорський учений Шандор Окреса методом целофанодактилографії показав, що візерунок кожної дитини несе в собі деталі візерунка гомологічного пальця батька.

В останні роки у зв'язку з вивченням хромосомних захворювань дерматогліфіка одержала новий напрямок. У даний час належного значення надається і згинальним борознам долоні й пальців, а також куту між трирадіусами й іншим деталям.

Статеві хромосоми впливають на шкірний рисунок.

Риси рельєфу шкіри успадковуються, що і використовують для діагностики спадкових захворювань.

Наприклад, при хворобі Дауна (рис.67) спостерігається дистальне зміщення осьового трирадіуса, поперечна 4-пальцьова складка долоні і на пальцях переважають дуги. При синдромі Едвардса (трисомія по 16-18-й парі хромосом) виявляють дуги на всіх пальцях, а також пальцьові петлі між ІІІ і IV пальцями (рис.68). У хворих на ß-таласемію в пальцьових візерунках переважають завитки.

Рис. 67. Дерматогліфіка при синдромі Дауна:

а – долоня здорової людини; б – долоня при синдромі Дауна

А Б

Рис. 68. Дерматогліфіка при синдромах Едвардса (А) та Патау (Б)

Рис. 69. Кут atd у нормі та при хромосомних аномаліях:

1) синдром Патау;

2) синдром Дауна;

3) синдром Шерешевського-Тернера;

4) норма;

5) синдром Клайнфельтера

У хворих на хромосомні захворювання (хворобою Дауна, синдромом Клайнфельтера, Шерешевського-Тернера) спостерігаються значні відхилення дерматогліфів від середньопопуляційних (рис.69). Трохи меншу виразність мають дерматогліфічні відхилення в осіб із такими дефектами розвитку, як уроджені вади серця і магістральних судин, “заяча губа”, незарощення м'якого і твердого піднебіння (“вовча паща”) та ін. Зміну дерматогліфів можна використовувати в діагностичних цілях.

Вивчення пацієнтів із хромосомними хворобами показало, що в них зазнає змін не тільки малюнок пальцьових і долонних візерунків, але і характер основних згинальних борозен на шкірі долонь.

Значно менше вивчені взаємозв'язки між особливостями дерматогліфів і захворюваннями, не зумовленими хромосомними абераціями і дефектами формоутворення. Встановлено зміни в характері пальцьових і долонних візерунків при проказі, шизофренії, цукровому діабеті, раку, ревматизмі, поліомієліті і деяких інших захворюваннях.

Таблиця 8

Дерматогліфічні особливості в осіб з хромосомними порушеннями

(за: Г.Д. Бердишев и соавт., 1984)

Трисомія 13	Різке дистальне зміщення основного трирадіуса (108˚). Поява 4-пальцьової борозни
Трисомія 18	Переважання на пальцях дуг. Часто поява варіанта 4-пальцьової поперечної борозни. Зменшення гребінцевого підрахунку
Трисомія 21	Переважання на пальцях ульнарних петель. Поперечна 4-пальцьова борозна. Дистальне зміщення осьового трирадіуса
Синдром Шерешевського-Тернера	Переважання на пальцях петель і завитків. Дистальне зміщення осьового трирадіуса. Збільшення гребінцевого підрахунку. Ульнарне зміщення трирадіуса. Поява на гіпотенарі 5-подібного візерунка
Синдром Клайнфельтера	Переважання на пальцях дуг. Зменшення гребінцевого підрахунку. Проксимальне зміщення осьового трирадіуса

Біохімічні методи

Відомо понад 2500 спадкових захворювань, зумовлених дефектами обміну речовин. Згідно з класифікацією ВООЗ спадкові дефекти обміну речовин поділяються за порушеннями:

· амінокислотного обміну;

· вуглеводного обміну;

· ліпідного обміну;

· стероїдного обміну;

· пуринового і піримідинового обмінів;

· аномалії обміну металів;

· обмін у речовин в еритроцитах і їх порушення та ін.

Для вивчення ферментативних порушень використовують методи ензимології. Важливе значення мають не тільки кількісні зміни активності ферменту, але і якісні відмінності у функціонуванні нормального та зміненого ферменту.

Застосування біохімічних досліджень показано при підозрі на спадкові хвороби обміну речовин й інші форми з точно встановленим дефектом первинного генного продукту або ланки. Біохімічні методи дозволяють виявити нестачу певних сполук або надлишок їх попередників, і перш за все хроматографічні методи (хроматографія на папері, іонообмінних смолах, у тонких шарах, газо-рідинна хроматографія, методи електрофорезу, імуноелектрофорезу та ін.). Поєднання їх із навантажувальними пробами значно підвищує інформативність дослідження.

Спадкові дефекти обміну речовин біохімічно можуть бути діагностовані за допомогою:

- визначення структури аномального білка (структурних білків або ферментів таких як аномальні гемоглобіни, несправжня холінестераза та ін.);

- визначення проміжних продуктів обміну, які з’являються внаслідок генетичного блоку прямої реакції обміну. Це найбільш поширений метод діагностики різних ензимопатій.

Найбільш відомі біохімічні методи досліджень:

1. Діагностика порушень амінокислотного обміну. Для визначення змін обміну амінокислот досліджують кров або сечу пацієнта.

2. Діагностика глюкозурій. Відомо понад 15 дефектів обміну вуглеводів. При цьому порушується або синтез ферментів вуглеводного обміну, або транспорт вуглеводів у ниркових канальцях, або всмоктування їх у кишках. Зазначені порушення діагностують біохімічними тестами.

3. Проба на мукополісахариди. Ряд спадкових захворювань характеризується появою в сечі мукополісахаридів. Їх виявляють пробою з ортотулоїдином або тонкошаровою хроматографією.

4. Зразки матеріалу (кров, сеча) можна наносити на диски фільтрувального паперу і пересилати в центральні біохімічні лабораторії.

Онтогенетичний метод

Широко розповсюджений метод дослідження в генетиці людини – онтогенетичний: вивчення закономірностей прояву якої-небудь ознаки або захворювання в процесі індивідуального розвитку.

Виділяють кілька періодів розвитку людини: антенатальний період (розвиток до народження людини) і постнатальний. Постнатальний, у свою чергу, поділяється на морфогенетичний період, що охоплює кінець антенатального періоду і перший період постнатального, і постморфологіч­ний період. У морфогенетичний період відбувається побудова тканин, органів, всього організму. Більшість ознак людини формується у фазу морфогенезу антенатального періоду. У фазу морфогенезу постнатального періоду закінчується формування кори головного мозку і деяких інших тканин і органів. Психіка дитини, здатність до навчання розвиваються поступово. Формується імунна система організму, що досягає найвищого розвитку через 5-7 років після народження дитини. У постморфогенетичний період розвиваються вторинні статеві ознаки.

У морфогенетичний період зміна активності генів відбувається за двома типами: 1) вмикання (дерепресія) і вимикання (репресія) генів; 2) посилення й ослаблення дії генів.

У постморфогенетичний період розвитку перший тип зміни активності генів майже відсутній, відбувається лише часткове вмикання окремих генів – наприклад генів, що визначають вторинні статеві ознаки, розвиток деяких спадкових захворювань та ін. Вимикання ж генів у цьому періоді більш значне. Репресується активність багатьох генів, зв'язаних з продукцією меланіну (у результаті виникає сивина), а також генів багатьох ферментів, наприклад еластази, що регулює обмін сполучних волокон (у результаті з'являються зморшки), а також генів, пов'язаних із продукцією гаммаглобулінів (підвищується сприйнятливість до захворювань). Пригнічується багато генів у клітинах нервової системи, м'язових клітинах і т.д. Репресія генів здійснюється на рівні транскрипції, трансляції і посттрансляції. Однак основний тип змін активності генів на цьому етапі – посилення й ослаблення дії генів. З віком може змінюватися прояв генів, що знаходяться в гетерозиготному стані. Може змінюватися домінування генів, що викликає зміну зовнішніх ознак, особливо в період статевого дозрівання, вагітності. У старості в людини змінюється співвідношення жіночих і чоловічих статевих гормонів. У результаті в чоловіків змінюється тембр голосу, форма тіла, з'являються жирові відкладення за жіночим типом, змінюється психіка – чоловіки стають вразливими, можуть часто плакати. У жінок посилюється маскулінізація, грубішає голос, змінюється фігура, характер. Рецесивні гени з віком можуть сильніше впливати на розвиток тієї чи іншої ознаки. Гени, що викликають різні психічні аномалії, у гетерозиготному стані можуть змінювати характер людини. Наприклад, ген фенілкетонурії в гетерозиготному стані змінює психіку людини.

Метод моделювання

Теоретичну основу біологічного моделювання в генетиці дає закон гомологічних рядів спадкової мінливості М.І.Вавилова (1920), за яким генетично близькі види і роди характеризуються подібними рядами мутацій. Виходячи з цього закону, можна передбачити, що в межах класу ссавців (і навіть за його межами) можна виявити багато мутацій, які викликають такі ж зміни фенотипу, як і в людини. Для моделювання певних спадкових аномалій людини підбирають і вивчають мутантні лінії тварин, які мають подібні порушення.

На сьогодні відомо близько трьохсот мутантних ліній кролів, щурів і собак. Широкі дослідження в цьому напрямку проведені Б.В.Конюховим і його співробітниками в Інституті експериментальної біології РАМН. Було описано і вивчено багато генетичних мутацій у тварин, які подібні до відповідних спадкових аномалій людини. Гемофілія А і В трапляється в собак і зумовлена, як і в людини, рецесивними генами, локалізованими в Х-хромосомі. У ховрахів і пацюків виявлені патологічні мутації, які проявляються як гемофілія, цукровий діабет, ахондроплазія, м'язова дистрофія та деякі інші. Щілина губи, піднебіння в мишей подібна до такої аномалії в людини. Епілептичні напади трапляються в деяких кролів, щурів під впливом сильного звукового подразника. У лабораторії Л.В.Крушинського була виведена лінія щурів з епілептиформними реакціями. Схильність до аудіогенної епілептоїдної реакції спадково зумовлена, хоч тип успадкування точно не встановлений. Відома спадкова глухота в морських свинок.

Багато мутантних ліній тварин шляхом зворотного схрещування переведені в генетично близькі, у результаті чого отримані лінії, які відрізняються тільки за алелями одного локуса. Це дає можливість уточнювати механізм розвитку аномалії. Безумовно, у людини можуть бути властиві тільки їй хвороби, і в результаті взаємодії генів фенотиповий ефект може значно змінюватися. Мутантні лінії тварин точно не відтворюють спадкових хвороб людини. Проте навіть часткове моделювання, тобто відтворення не всієї хвороби в цілому, а тільки патологічного процесу або навіть його фрагменту дозволяє в ряді випадків виявити механізми первинного відхилення від норми. Поряд із біологічним моделюванням останнім часом використовуються методи математичного моделювання, зокрема в популяційній генетиці (моделі популяцій). Математичними методами можна вивчати процеси взаємодії спадкових факторів і середовища в розвитку ознаки, проводити аналіз зчеплення трьох і більшої кількості генів. За допомогою математичних методів можна розв'язувати задачі в тих випадках, коли використання експериментальних методів неможливе.

У ряді випадків застосовують додаткові методи вивчення генетики людини: імунологічні, фізіологічні. Вивчають особливості електроенцефалограм, швидкість утворення умовних рефлексів, реакції поведінки, психологічні тести.

Імунологічний метод

Цей метод заснований на вивченні антигенного складу клітин і рідин людського організму – крові, слини, шлункового соку і т.п. Найчастіше досліджують антигени формених елементів крові: еритроцитів, лейкоцитів, тромбоцитів, а також білків крові. Різні види антигенів еритроцитів утворюють системи груп крові.