I gemelli in medicina

A cura di Corrado Fagnani (a) e Renata Solimini (b)

(a) SCIC - Centro di riferimento scienze comportamentali e salute mentale, Istituto Superiore di Sanità, Roma

(b) Centro Nazionale Dipendenze e Doping, Istituto Superiore di Sanità, Roma

Nell’antica Grecia, Aristotele riteneva il concepimento dei gemelli la conseguenza di un rapporto sessuale accompagnato da un surplus di materia seminale: “Si ha in un colpo solo l’emissione da parte del maschio di una quantità di sperma in grado di formare più esseri”, scrive nella Generazione degli animali. Secondo il filosofo, tuttavia, la generosità produttiva dell’uomo non basta, e necessita che l’eccesso di seme incontri nella donna un’altrettanta copiosa quantità di materia per creare più embrioni.

Per spiegare il fenomeno gemellare, Aristotele riportò anche le teorie della superfecondazione e della superfetazione. La prima riguarda la procreazione dei dizigoti, i cosiddetti falsi gemelli, che Aristotele considerava un raro evento spiegabile dall’ipotesi che quando la madre ha rapporti sessuali ad intervalli frequenti, ne consegue un duplice concepimento ben distinto. La superfetazione è invece il caso nel quale la donna già incinta ha un amplesso qualche tempo dopo il concepimento del primo figlio, rimanendo nuovamente gravida. Si potevano spiegare così le differenze di dimensioni e di peso spesso riscontrate alla nascita (7, 8).

Per diversi secoli, comunque, l’uomo è stato esclusivamente attratto dall’inconsuetudine biologica dell’evento della gemellanza, e per esso si sforzava di trovare cause ragionevoli.

Nella concezione scientifica del mondo giudaico, la nascita dei gemelli veniva ricondotta al fatto che una goccia di sperma si divideva a metà. Analogamente, Ippocrate attribuiva il concepimento gemellare allo sdoppiamento del liquido spermatico, con la conseguente penetrazione di ciascuna parte in una delle due corna dell’utero. Empedocle e Democrito vedevano la gemellarità come il risultato di una particolare fuoriuscita dello sperma, che, per il primo, avveniva con eccesso in una sola volta, mentre, per il secondo, si verificava in quantità normali ma in più volte, ad ognuna delle quali corrispondeva la formazione di un embrione. Galeno accettava l’ipotesi di Empedocle, aggiungendo tuttavia che il forte calore dell’utero causava la frammentazione del seme, e dava così origine a nascite multiple. Per tutto il periodo dominato dalla medicina araba, non si è fatto altro che ripetere il pensiero dell’antichità classica.

Nella medicina rinascimentale e moderna, l’argomento veniva trattato prevalentemente sotto il profilo ostetrico, ed il sorgere della stampa permetteva di dedicare numerose immagini alla gravidanza gemellare e alle diverse posizioni che i gemelli potevano assumere nell’utero materno.

Si è dovuto attendere la seconda metà dell’Ottocento perché i gemelli incominciassero ad uscire dagli angusti confini dell’eccezione biologica ed a liberarsi dalle vecchie concezioni che si limitavano a considerare la gemellanza semplicemente in termini di confronto con la gravidanza normale. Chi ha intuito, per la prima volta, la possibilità di un’utilizzazione del fenomeno gemellare al servizio della scienza è stato Francis Galton, psicologo e naturalista inglese, cugino di Darwin, al quale si devono anche i primi studi di regressione, finalizzati a dimostrare sperimentalmente l’ereditarietà di caratteri quantitativi. Prima di Galton, i gemelli costituivano lo scopo dell’argomentazione scientifica, cioè rappresentavano un problema a sé stante, da affrontare e da approfondire senza coinvolgere questioni di altra natura. Con Galton, invece, si intravedeva nella gemellarità un modo per cogliere obiettivi totalmente nuovi, riguardanti gli ambiti più diversi della natura umana. In sostanza, i gemelli si preparavano a diventare un vero e proprio metodo di indagine: stavano per nascere l’analisi gemellare e la gemellologia.

I primi riferimenti di Galton ai gemelli si possono trovare, nel 1874, nel suo libro English men of science, pubblicato da MacMillan (Londra), dove afferma che:

“Esistono gemelli dello stesso sesso talmente simili nel corpo e nella mente che persino la madre ha difficoltà a distinguerli. Le loro caratteristiche, la loro voce e le loro espressioni si somigliano; essi vedono le cose allo stesso modo, e le loro idee seguono le medesime leggi di associazione. Questa stretta rassomiglianza necessariamente crolla sotto l’influenza delle diverse esperienze ambientali gradualmente accumulate, ma spesso dura fino in età adulta”.

Successivamente, Galton si occupa di gemelli nel suo scritto più famoso intitolato The history of twins as a criterion of the relative powers of nature and nurture, pubblicato nel 1875, e anche in Inquiries into human faculty and its development, del 1883. Come da lui stesso dichiarato, i suoi studi sono indirizzati verso la ricerca di un nuovo metodo con il quale sia possibile pesare gli effetti dell’ereditarietà (nature) e dell’ambiente (nurture), e valutare le loro parti rispettive nel foggiare le inclinazioni e le capacità degli uomini. Egli ritiene che l’uso della gemellarità sia il modo migliore per effettuare una distinzione fra le tendenze ricevute alla nascita e quelle imposte da speciali circostanze della vita successiva. Se, da una parte, il lavoro di Galton ha il merito di aver riconosciuto il ruolo fondamentale dei gemelli nella ricerca scientifica, dall’altra esso presenta notevoli limiti metodologici, primo fra tutti l’aver trascurato l’importanza di un confronto tra coppie uniovulari e biovulari (ovvero tra gemelli monozigoti e dizigoti).

Dopo Galton, nessun altro studio sui gemelli viene pubblicato fino al 1905, quand Thorndike, psicologo americano famoso per le sue teorie sull’apprendimento, analizza la somiglianza gemellare sulla base di test di intelligenza, anch’egli senza proporre paragoni tra coppie monozigote e dizigote.

A quasi vent’anni di distanza dal lavoro di Thorndike, e precisamente nel 1924, su Psychological monographs compare la prima esplicita descrizione del metodo gemellare da parte di Merriman, il quale, tuttavia, non si preoccupa ancora di rilevare eventuali differenze tra le correlazioni di gemelli monozigoti e dizigoti. Ciò viene fatto per la prima volta nel 1928 da Tallman e Wingfield.

Nel 1929 Holzinger calcola l’indice di ereditabilità di un carattere, supponendo che la variabilità tra cogemelli di tipo uniovulare sia dovuta esclusivamente a fattori ambientali, cui si sovrappongono cause genetiche nel caso biovulare.

Negli stessi anni, in Germania, Siemens suggerisce la possibilità di determinare gli effetti ereditari sulle malattie della pelle confrontando le occorrenze di determinate caratteristiche nei gemelli identici ed in quelli fraterni.

Negli anni ’40, in una ricerca condotta per individuare i fattori causali della schizofrenia, Kallman propone un ampliamento dell’analisi gemellare classica, considerando nel suo studio anche coppie di fratelli e di cugini (22, 23). Numerosi, inoltre, sono gli studi contemporanei sui gemelli nei rami della psicologia e della psicopatologia/psichiatria, in particolare sui problemi di identità dei gemelli uniovulari, sulla genetica dell’intelligenza e delle malattie mentali.

Nell’ambito delle ricerche sull’ereditarietà dell’intelligenza, si collocano i lavori di uno tra i più importanti psicologi del Novecento, Sir Cyril Burt, che fu pupillo di Francis Galton e autore di una serie di esperimenti condotti su gemelli identici (monozigoti) – specialmente quelli separati alla nascita – nonché protagonista discusso di un famoso caso di frode scientifica tuttora non del tutto chiarito (24,25,26).

Durante la Seconda Guerra Mondiale, una triste pagina sui gemelli è stata scritta dai nazisti con gli esperimenti medici nei lager. Il professor Freiherr Otmar von Verschuer fu esperto nella genetica e appassionato ricercatore nel campo della biologia dei gemelli. Nel 1942 Verschuer divenne il direttore del Dipartimento di Antropologia del prestigioso Kaiser Wilhelm Institut a Berlino dove continuò gli studi biologico-razziali sui gemelli, in collaborazione con uno dei suoi più promettenti studenti: il dottor Josef Mengele. Ciò che Verschuer cercava di stabilire era la validità della sua teoria razziale dell’ereditarietà delle malattie: aveva già compiuto studi sulla tubercolosi e altre malattie nei gemelli, ma era impaziente di condurre ulteriori ricerche assieme

al suo assistente Mengele, medico di campo nel lager di Auschwitz. In questo campo d concentramento venivano condotti studi antropologici sui più diversi gruppi razziali e, dal maggio 1943, Mengele inviava a Verschuer ogni sorta di campione proveniente dai gemelli assassinati: sangue, occhi, organi interni sotto formalina, ossa, teschi. I bambini gemelli che arrivavano ad Auschwitz da tutta Europa venivano selezionati da Mengele appena scesi dai treni, e dopo tre settimane di esami medici ed esperimenti di ogni genere i gemelli venivano uccisi simultaneamente con un’iniezione al cuore. Questo tipo di studi ebbero un impulso straordinario e si interruppero soltanto quando Mengele, a causa dell’avanzata russa, dovette abbandonare Auschwitz (27).

Una tappa fondamentale nel consolidamento della “gemellologia”, intesa come metodo di indagine scientifica, è indubbiamente rappresentata dal contributo del medico e genetista italiano Luigi Gedda. Egli pubblicò, nel 1951, dopo una revisione dell’intera letteratura mondiale sui gemelli, la sua monumentale opera Studio dei gemelli, che raccoglie una miriade di esempi e di applicazioni in diversi settori della scienza, ed in particolare nella biomedicina. Gedda fu anche il fondatore, nel 1953 a Roma, dell’istituto Mendel per la genetica medica e gli studi gemellari; presso questo istituto furono raccolte, su una coorte volontaria di circa 40000 gemelli, informazioni riguardanti vari fenotipi, che ancora oggi rappresentano una preziosa risorsa per studi su caratteri complessi, nonostante la mancanza di dati su marker genetici.

Numerose sono le opportunità che i gemelli offrono alla ricerca in medicina. L’applicazione più diffusa consiste nella possibilità di studiare le patologie umane sotto il duplice profilo dell’eredità e dell’ambiente, individuando i contributi dovuti a ciascuna delle due sorgenti causali. E per questo scopo, è necessario il confronto tra i gemelli monozigoti e dizigoti.

Tuttavia, anche la considerazione di sole coppie di monozigoti può fornire informazioni utili all’investigazione medica. Ad esempio, nello studio puramente descrittivo delle malattie, l’osservazione di disturbi apparentemente diversi, che si presentano con una certa frequenza in entrambi i gemelli di coppie monozigote, indica che in realtà potrebbe trattarsi di forme cliniche di una singola patologia, come è tipicamente il caso dei disturbi allergici; viceversa, a proposito di malattie per le quali vi fosse motivo di supporre un’unica radice, la mancanza di coppie di gemelli monozigoti i cui due membri presentino rispettivamente l’una e l’altra malattia depone per l’esclusione dell’ipotesi che si tratti di una patologia unitaria. Quando l’interesse è quello di rilevare e studiare i segni che orientano verso la diagnosi, la condizione migliore è rappresentata da coppie monozigote discordanti, nelle quali il gemello sano costituisce il modello di confronto. Davanti ad un malato non gemello, il medico che si accinge al rilievo dei sintomi si trova sempre nella necessità di stabilire un confronto tra il concetto che egli ha dell’uomo sano ed il malato in questione; ma il termine di paragone è astratto, e ne risulta quasi sempre un confronto approssimativo. Invece, nel caso di gemelli monozigoti, il medico ha praticamente a disposizione un individuo in duplice copia, come malato e come sano. Sulla base di questa speciale condizione, non solo i segni più evidenti prendono risalto, ma anche quelli minori che di solito passano inosservati, o che sono addirittura sconosciuti. Anche le più leggere differenze anatomiche o funzionali richiamano l’attenzione, permettono di essere discusse, vagliate ed eventualmente inserite nel quadro della malattia in esame (23).

In aggiunta a quelle citate, i gemelli consentono una miriade di altre applicazioni in medicina, biologia e genetica molecolare. In particolare, negli ultimi anni le coppie di gemelli monozigoti si sono rivelate straordinariamente utili per studiare tutte quelle modificazioni, cosiddette “epigenetiche”, che contribuiscono alla variabilità individuale nel profilo di espressione genica e dalle quali avrebbero origine, talvolta, le differenze fenotipiche tra individui totalmente identici dal punto di vista genetico. Un recente studio (28) ha dimostrato che la variabilità intra-coppia del profilo di modificazioni epigenetiche in gemelli monozigoti aumenta con l’età, ad indicare che queste modificazioni potrebbero essere indotte dall’ambiente oppure da eventi casuali, e quindi accumularsi con l’invecchiamento.

Per massimizzare il potenziale degli studi gemellari, nel corso degli ultimi decenni è stato implementato un numero crescente di registri di gemelli su base di popolazione in diversi Paesi d’Europa e del mondo. La recente istituzione del Registro Nazionale Gemelli dimostra l’elevato valore scientifico riconosciuto alla gemellarità anche in Italia.

Bibliografia

7. Dasen V. Multiple births in Graeco-Roman antiquity. Oxford Journal of Archaeology 1997;16(1):49-63.

8. Dasen V. Le jumeaux dans le monde Greco-Romain: theories medicales et iconographie. Medicina nei

Secoli Arte e Scienza 1995;7:301-21.

22. Rende RD, Plomin R, Vandenberg SG. Who discovered the twin method? Behavior Genetics 1990;20(2):277-85.

23. Gedda L. Studio dei gemelli. Città del Vaticano: Orizzonte Medico, 1951.

24. Dall’Anese C. Il falso scoop dei gemelli identici. ReS - Ricerca e Storia 2003: 66 (01/10/2003). Disponibile all’indirizzo: http://magazine.enel.it/res/arretrati/articolo_dett.asp?idDoc=611314

&numres=66&dtres=01/10/200; ultima consultazione ottobre 2007.

25. Gould S. The mismeasure of man. London: Penguin Books, 1996.

26. Rose S, Lewontin R, Kamin L. Il gene e la sua mente. Biologia, ideologia e natura umana. Milano: Mondatori; 1983.

27. Associazione Olokaustos. Gli esperimenti medici nei campi di concentramento nazisti. Disponibile all’indirizzo: http://www.olokaustos.org/argomenti/esperimenti/index.htm; ultima consultazione: ottobre 2007.

28. Fraga MF, Ballestar E, Paz MF, Ropero S, Setien F, Ballestar ML, Heine-Suñer D, Cigudosa JC, Urioste M, Benitez J, Boix-Chornet M, Sanchez-Aguilera A, Ling C, Carlsson E, Poulsen P, Vaag A, Stephan Z, Spector TD, Wu YZ, Plass C, Esteller M. Epigenetic differences arise during the lifetime of monozygotic twins. Proc Natl Acad Sci USA 2005;102(30):10604-9.

Vedi anche:

https://www.iss.it/web/guest/i-gemelli-nel-mito-nella-società-e-nella-medicina-curiosità-e-cenni-storici

https://www.iss.it/web/guest/i-gemelli-nel-mondo-classico-e-religioso

https://www.iss.it/web/guest/i-gemelli-nelle-culture-dei-diversi-continenti

https://www.iss.it/web/guest/i-gemelli-siamesi-e-gemelli-famosi-dell-epoca-contemporanea