Studie na dvojčatech ve stomatologii

Studie na dvojčatech jsou významným nástrojem pro stanovení podílu dědičnosti a prostředí na vzniku multifaktoriálně determinovaných znaků. Autorky podávají přehled nejvýznamnějších studií zaměřených na vady a onemocnění orofaciální oblasti publikovaných od poloviny 20. století do současnosti.

Klíčová slova:
dvojčecí studie ve stomatologii – dědičnost orofaciálních anomálií

ÚVOD

Studie na dvojčatech jsou velice elegantním nástrojem, s jehož pomocí můžeme stanovit podíl dědičnosti a zevního prostředí na determinaci komplexních vad a onemocnění. Vycházejí z porovnání shodného výskytu znaku (konkordance) u mono- a dizygotních dvojčat. Když konkordance u monozygotních dvojčat výrazně (nejlépe několikanásobně) převyšuje konkordanci u dizygotních dvojčat, hovoří to ve prospěch genetické determinace.

Problém samozřejmě představuje shodné prostředí, ve kterém dvojčata vyrůstají a které může imitovat genetické vlivy. Toto úskalí se zatím podařilo překonat jedinému projektu, a tím je tzv. Minnesotská studie (1). Od roku 1979 profesor Bouchard se svým týmem na univerzitě v Minnesotě shromažďují jednovaječná dvojčata, která byla po porodu rozdělena a vychovávána v různých rodinách. Projekt byl primárně zaměřen na psychologii, ale v současné době využívají unikátní soubor i jiné obory, stomatologii nevyjímaje.

Z rozdílných hodnot konkordance mezi jednovaječnými a dvojvaječnými dvojčaty je možné stanovit heritabilitu, což je veličina, která, zjednodušeně řečeno, vypovídá o podílu genetické variability na celkové variabilitě fenotypu.

Dvojčecích studií, které se věnují znakům, vadám a chorobám orofaciální oblasti, je překvapivě mnoho. Zahrnují široce rozšířená a klinicky významná onemocnění, jako jsou parodontopatie, zubní kaz nebo bolesti temporomandibulárního kloubu. Velká část prací se zabývá vývojem orofaciálního skeletu a souvisejícími vadami skusu a čelistí. Pozornost je věnována poruchám počtu, prořezávání a tvaru zubů.

Pravděpodobně největší soubor dvojčecích párů a jejich příbuzných zaměřený na dědičnost znaků orofaciální oblasti shromažďuje od osmdesátých let 20. století na univerzitě v Adelaide tým vedený Towsendem (2–4). V současnosti soubor tvoří již více než 1000 párů dvojčat.

Hodnotný soubor byl sestaven i v Československu, v období politického uvolnění na konci šedesátých let 20. století. Okolnosti vzniku souboru na půdě tehdejšího Výzkumného ústavu pediatrického v Brně jsou popsány v knize vzpomínek genetičky Renaty Laxové (5). Od roku 1963 do roku 1967 zde bylo sledováno 600 párů dvojčat se svými rodiči. U všech dětí bylo provedeno somatické vyšetření, dále vyšetření chromozomů, krevních skupin, biochemické profily, některé enzymy a izoenzymy, imunologické hodnoty apod. K vyšetření souboru byla přizvána i ortodontistka dr. E. Velíšková. Podařilo se jí shromáždit naprosto unikátní materiál. Jednalo se o modely chrupu a dálkové rentgenové snímky hlavy, v některých případech zhotovované opakovaně pro stanovení typu růstu. V sedmdesátých letech byla část výsledků publikována (6, 7).

TVAR A VELIKOST ZUBŮ

Otázky související s morfologií zubů jsou v rámci dvojčecích studií poměrně často řešeny a hodně studií jimi začíná. Získat modely chrupu dvojčat je poměrně jednoduchá a neinvazivní záležitost, model je potom k dispozici pro jakýkoliv další výzkum. Velíšková a Zahálková (6) se ve své práci zaměřily na morfologii mesiopalatinální plošky prvního horního stálého moláru a na výskyt a morfologii tubercula Carabelli. Konkordance ve výskytu tubercula Carabelli byla 95,2 % u monozygotních dvojčat a 78,7 % u dizygotních. Poznatku, že pro tuberculum Carabelli je většina monozygotních dvojčat konkordantní, využili ve své práci i Kraus et al. (8). Stejně jim posloužil i podobný tvar druhého dolního premoláru.

Podobnost v charakteristikách jako je počet hrbolků, uspořádání fisur, celkový tvar korunky a tvar palatinálních plošek frontálních zubů sledoval Lundström (9).

Silně geneticky ovlivněná je velikost zubů. Biometrické genetické studie prováděli v Adelaide Towsend a spolupracovníci od devadesátých let 20. století (10–12). U meziodistálního rozměru korunek předpokládají aditivní genetickou komponentu, heritabilita pro tuto veličinu u řezáků se pohybuje mezi 0,81 a 0,91 (10). Podobné hodnoty stanovili i pro dočasnou dentici. Dále se snažili zjistit, zda rozměry stálých a dočasných zubů jsou řízeny stejnými mechanismy (11).

Další sledovanou hodnotou byla interkuspidální vzdálenost na molárech. Z molekulárních studií je známo, že utváření vnitřní epitelové vrstvy v průběhu dentogeneze je ovlivňováno epigeneticky. Autorům se skutečně podařilo prokázat nižší heritabilitu (od 0,43 do 0,79) než v případě meziodistálních rozměrů korunek (12).

Charakter okluzální plochy prvních dočasných molárů byl hodnocen i z 3D skenů (13). Byla prokázána větší variabilita mezi dvojvaječnými než mezi jednovaječnými dvojčaty. Výrazný podíl dědičnosti na rozměrech zubů potvrdila i čínská studie Liu et al. (14).

PORUCHY POČTU A PROŘEZÁVÁNÍ ZUBŮ

Pokud je fyziologický vývoj zubů narušen v samém počátku dentogeneze, dochází k změně počtu zubů ve smyslu hypodoncie a hyperodoncie. Vrozené chybění zubů různého rozsahu – hypodoncie, popřípadě oligodoncie je poměrně častou záležitostí. U nás postihuje zhruba 6 % populace (15). Je proto pochopitelné, že se stalo cílem dvojčecích studií (16–18). Lapter et al. (16) stanovili heritabilitu hypodoncie na 0,82.

Townsend et al. (17) se zaměřili na případy diskordantních monozygotních párů. Zjistili časté rozdíly v expresi chybějících nebo nadpočetných zubů. Uzavírají, že genetické uspořádání, které predisponuje k numerickým poruchám dentice, je ve svém fenotypovém projevu ovlivňováno epigeneticky.

Výrazně geneticky ovlivněná je doba prořezávání zubů. Hughes (18) uvádí pro řezáky hodnoty heritability od 0,71 do 0,96.

Poruchu prořezávání zubů ve smyslu opoždění nebo vůbec neschopnosti prořezat označujeme jako retenci. S výjimkou třetích molárů se retence nejčastěji týká horních stálých špičáků. Postihuje více než 2 % naší populace (15). Leonardi et al. (19) popsali výskyt retinovaných špičáků u páru monozygotních dvojčat. Camilleri et al. (20) nalezli mezi sedmi páry dvojčat pouze dva konkordantní pro ektopické špičáky.

MALOKLUZE A UTVÁŘENÍ OROFACIÁLNÍ OBLASTI

Poruchy vývoje čelistí a jejich vzájemného vztahu jsou rovněž náplní několika dvojčecích studií. Hughes et al. (21) se zaměřili na anomálie v dočasném chrupu. Sledovali překus, předkus a tvar oblouků. Heritabilita stanovená pro tyto znaky byla střední až vysoká.

Kawala et al. (22) porovnávali výskyt malokluzí u mono- a dizygotních párů. Jejich závěry vyznívají překvapivě ve smyslu menšího podílu dědičnosti na determinaci malokluzí, a tím i ve smyslu terapeutického optimismu.

Mew (23) sledoval výsledky ortodontické léčby ve skupině identických dvojčat léčených snímacími a fixními aparáty. Moderní způsob léčby fixními ortodontickými aparáty vychází z tohoto srovnání vítězně.

Vznik malokluzí úzce souvisí s utvářením orofaciální oblasti jako celku. Hodně studií vychází z bočních dálkových snímků hlavy, které jsou jedním z diagnostických nástrojů v ortodoncii. Průkopnická byla v tomto směru práce Krause et al. (8). Sledovali soubor trojčat, u kterých očekávali různé kombinace zygozity. Tu stanovovali podle tehdejších možností na základě antropologických měření, anamnestických údajů, dermatoglyfů, shody v krevních skupinách a schopnosti chutnat fenylthiocarbamid. K potvrzení zygozity využili i tvaru dolních premolárů a přítomnost tubercula Carabelli. Úhly a linie sledované na kefalogramech považovali za mentální konstrukci, která plně nevystihuje anatomickou podstatu. Celý kraniofaciální komplex se ukázal být příliš složitým pro stanovení heritability, úspěšní byli v případě jednotlivých kostí. Porovnávali proto profily 17 útvarů (profily kostí kalvy, kloubního výběžku mandibuly, symfýzy atd.), monozygotní sourozenci byli konkordantní prakticky ve všech případech, u ostatních byla konkordance nižší než 0,5.

Velíšková (7) sledovala 68 párů identických dvojčat, u kterých stanovovala typ růstu. Směr růstu, resp. růstová rotace dolní čelisti, byl u identických dvojčat shodný. Rentgenová dokumentace tohoto souboru je vzhledem k současným etickým omezením zcela unikátní a použitelná bez ohledu na dobu svého vzniku. Využili jsme ji pro sdělení na ortodontickém kongresu zaměřeném na orofaciální harmonii (24). Porovnávali jsme linii obličejového profilu u 68 monozygotních a 68 dizygotních cca 12letých dvojčat. U některých monozygotních párů byly linie prakticky identické, nicméně signifikantní rozdíl mezi mono- a dizygotními dvojčaty se potvrdil pouze v případě dívčích párů. Pro ilustraci uvádíme nejpodobnější a nejrozdílnější profily dívek (obr. 1) a chlapců (obr. 2) z tohoto souboru. To, že nejpodobnější profily se vyskytovaly ve skupině monozygotních dvojčat a naopak, odpovídá i laickému očekávání.

Manfredi et al. (25) sledovali 39 parametrů na kefalogramech. Srovnávali 10 monozygotních párů, 10 dizygotních a 10 párů sourozenců stejného pohlaví. Dědičnost nejvíce ovlivňuje anteriorní vertikální parametry a tvar mandibuly, nikoliv její velikost. Což jsou závěry ne zcela příznivé pro úspěšnost ortodontické léčby.

Savoy et al. (26) hodnotili na dálkových snímcích 33 monozygotních a 46 dizygotních dvojčat anteroposteriorní a vertikální proporce. Domnívají se, že obličejové proporce jsou řízeny aditivními geny na pozadí vlivů prostředí.

Sonnesen et al. (27) sledovali specifickou skupinu jedinců se srůstem těl 2. a 3. cervikálního obratle ve skupině 38 párů monozygotních dvojčat. Zjistili, že fúze cervikálních obratlů významně ovlivňuje kraniofaciální morfologii, ve smyslu retrognatie a větší mandibulární inklinace.

Snaha omezit radiační zátěž vede k popularitě studií, které vycházejí z profilových fotografíí (28, 29). Obě studie používají diskriminační funkční Fourierovu analýzu. Tou matematicky složitou cestou byli schopni kvantifikovat profily, ale zatím nedokázali rozlišit genetické vlivy a vlivy prostředí.

Pokročilé metody trojrozměrného zobrazení aplikovali Naini a Moss (30). Sledovanou skupinu tvořilo po 10 párech monozygotních a dizygotních dvojčat a 6 párů dvojčat různého pohlaví. Skenovali povrch obličeje a sledovali metrické a tvarové charakteristiky. Metoda umožňuje barevně rozlišit více a méně podobné oblasti obličeje. Analýza tvarů prokázala nejvýraznější genetický podíl na utváření střední části obličejové etáže. Metrická analýza prokázala největší genetický vliv na vertikální rozměry střední a dolní třetiny obličeje, což je v souladu se závěry rentgenologické studie Manfrediho (25).

3D zobrazení jsou obecně hodnocena jako jedna z perspektivních cest ve výzkumu dvojčat (31).

S čelistními anomáliemi nepřímo souvisí dvě poruchy, které někdy bývají více či méně oprávněně, uváděny jako komplikace ortodontické léčby. Jednou z nich je symptom temporomandibulárního kloubu, druhou sklon ke kořenovým resorpcím v průběhu léčby.

Příčiny symptomu temporomandibulárního kloubu nejsou zcela objasněné. Zaměřili se na ně i autoři Minnesotské studie (32), nicméně mezi sledovanými skupinami dvojčat (MZ vychovávaná odděleně, MZ vychovávaná dohromady a DZ) nenalezli rozdíly a domnívají se, že hlavní role připadá faktorům zevního prostředí. Rovněž Matsuka et al. (33) nepotvrdili výrazný genetický vliv na výskyt onemocnění temporomandibulárního kloubu, i když brali v úvahu, že existují rodiny, kde se tyto obtíže kumulují.

Apikální kořenové resorpce mohou někdy vzniknout v průběhu ortodontické léčby. Znamenají závažnou komplikaci a snaha zjistit jejich příčiny je pochopitelná. Ngan et al. (34) sledovali 16 monozygotních a 10 dizygotních dvojčat léčených jedním lékařem za použití stejného typu ortodontického aparátu. Na panoramatických rentgenogramech měřili délku kořenů před léčbou a po ní. Výskyt resorpcí byl zhruba dvakrát vyšší ve skupině monozygotních dvojčat. Heritabilitu stanovili na 0,34.

Předmětem dvojčecích studií se stal i zvláštní fenomén zrcadlového vývoje u monozygotních dvojčat. Dooland et al. (35) sledovali atriční plošky na dočasných špičácích. Zřetelně větší ploška na jedné straně svědčila pro preferenci této strany při žvýkání. Autory v tomto případě zajímala diskordance v  preferované straně. U MZ dvojčat byla dojnásobná.

PARODONTOPATIE

U tak častého onemocnění, jako jsou parodontopatie, očekáváme menší vliv dědičnosti. Do určité míry se o něm dokonce obáváme se svými pacienty hovořit, abychom nepůsobili demotivačně na jejich úsilí o co nejlepší ústní hygienu. Tým Minnesotské studie se zaměřil i na tuto oblast (36). Výrazný vliv dědičnosti prokázali autoři studie v případě agresivní formy parodontitidy, která se může objevit již prepubertálně. Uvažují o 70 % genetických faktorů. U chronické formy, která postihuje dospělé, stanovili heritabilitu 0,5.

ZUBNÍ KAZ

O zubním kazu platí to samé co o parodontopatiích. Postihuje téměř každého, role hygieny a složení stravy je zde nesmírná, nicméně jisté vrozené predispozice existují. Dědí se pravděpodobně tvar zubu, kvalita zubních tkání, kvalita a množství sliny a charakter imunologické odpovědi organismu. Vliv mají i chuťové preference a vnímání některých chutí.

V rámci Minnesotské studie byl sledován i výskyt zubního kazu u MZ dvojčat vychovávaných odděleně (37, 38). Navzdory rozdílnému prostředí, ve kterém dvojčata vyrůstala, i navzdory rozdílné úrovni zubní péče podporují získané údaje genetický vliv.

Bretz et al. (39) zjišťovali podíl genetických faktorů na progresi zubního kazu u dětí. Tři sta čtrnáct dvojčecích párů vybrali  mezi chudým brazilským obyvatelstvem, kterému nebyla dostupná ani zubolékařská péče ani fluoridovaná voda. Celkovou heritabilitu stanovili na 0,3. V další dvojčecí studii Bretz se spoluautory (40) kromě výskytu zubního kazu sledovali i preferenci sladké chuti sacharózy, která se rovněž ukázala jako geneticky podmíněné, s heritabilitou 0,5.

Corrucini a Townsend (41) sledovali sklovinné hypolazie v souborech euro-australských dvojčat narozených v šedesátých a devadesátých letech 20. století. Snížení výskytu hypoplazie u mladší populace přičítají lepší léčbě horečnatých onemocnění a fluoridaci vody.

DISKUZE

Množství publikovaných studií na dvojčatech je překvapivě velké i v současné době molekulárně genetických výzkumů. V průběhu let se změnil způsob stanovování zygozity. Starší studie využívaly antropometrické metody, později krevní skupiny, sérové a enzymové polymorfismy. V současnosti slouží ke stanovení zygozity porovnání polymorfních oblastí DNA. Towsewnd et al. (42) upozorňují na slabá místa dvojčecích studií. Jedním z nich je sdílené intrauterinní prostředí. Race et al. (43) prokázali u dizygotních párů různého pohlaví ovlivnění velikosti zubů.

Smysl dvojčecích studií v současné době spočívá v tom, že jsou schopny potvrdit podíl dědičnosti na determinaci sledovaného znaku, a mohou tak být prvním krokem před užitím molekulárně genetických metod.

ZÁVĚR

Sestavení souborů dvojčat je v mnoha směrech náročná záležitost, výsledky studií však toto úsilí bohatě vracejí. Fenomén dvojčat fascinuje lidstvo po tisíciletí a z práce mnoha autorů je cítit, že i jich se svým způsobem dotýká.

Přehled výsledků studií na dvojčatech publikovaných od konce padesátých let 20. století do současnosti mluví ve prospěch značného genetického podílu na vzniku znaků, vad a onemocnění orofaciální oblasti.

Dokonalejší metody statistického zpracování a užší propojení s molekulárně genetickým výzkumem představují současnost a zřejmě i budoucnost dvojčecích studií orofaciální oblasti.

ADRESA PRO KORESPONDENCI:

MUDr. Miroslava Švábová, CSc.

Ústav biologie a lékařské genetiky 1. LF UK a VFN

Kateřinská 32, 121 08 Praha 2

e-mail: svabova@mybox.cz