Ботанічний опис
Маткові ріжки - гриб класу аскомицетов, сімейства спориньевие (Claviciptaceae). паразитує на 170 видах культурних і дикорослих злаків - частіше на жита (Secale ceresle L.). а також на Тимофіївці, пирее, ячмені, пшениці, райграс та ін. Відноситься до класу сумчастих грибів (Ascomycetes).
Гриб має складний цикл розвитку, що складається з трьох послідовних стадій, які раніше вважалися самостійними видами грибів: конідіального стадія сфацелія, склероции і головчатиє строми з Перітеціі.
На уражених ріжками рослинах в суцвіттях (колосках) добре помітні склероції - викривлені тригранні ріжки чорно-фіолетового кольору довжиною 1-3 см, шириною 3-5 мм. Це грунтується стадія гриба. Склероції складаються з серцевини, покритої корою меланізірованних товстостінних клітин. Склероції зимують в грунті, куди вони потрапляють при зборі врожаю культурних злаків або з дикорослих злаків. Проростання склероциев активується дією низької температури (від -3 до + 5 ° С) протягом тривалого часу. Проростають навесні при температурі + 10-20 ° С.
Строми утворюються з клітин серцевини. На поверхні проростають склероциев з'являються маленькі горбки, а потім невеликі тріщини коркового шару. Зачатки стром проривають кору склероциев і виростають у вигляді горбків, які швидко подовжуються, і утворюються кулясті головки діаметром 1-1,5 мм. По периферії головок стром розвиваються перітеціі - напівзамкнуті плодові тіла з вузьким отвором на кінці, де і дозрівають статеві суперечки - аскоспори. З склероция зазвичай розвивається кілька стром червонуватого кольору, їх кількість і розміри залежать від розмірів склероция. Це генеративная фаза розвитку гриба, яку ще називають асцігерозной стадією.
Аскоспори ріжків заражають злаки в періоді цвітіння. Вони поширюються вітром, потрапляють на рильця маточки або в нектар і проростають, при цьому їх паросткові трубки проникають в зав'язь. Це конідіального стадія гриба - сфацелія. У зав'язі утворюється щільна маса багатоклітинного розгалуженого міцелію, покрита шаром конидиеносцев, які в свою чергу утворюють величезну кількість дрібних конідій (нестатевих суперечка), занурених у краплі липкою рідини - «медової роси». Вона виділяється міцелієм, має неприємний запах і містить велику кількість цукрів. «Медова роса» відіграє значну роль в поширенні конідій гриба. Вона приманює комах, які переносять конідії на здорові рослини. Конідії можуть поширюватися з краплями дощу, при дотику класів, а після висихання «медової роси» - переносяться вітром. Поширення ріжків відбувається в основному за рахунок вторинної інфекції конидиями. Це нестатева фаза розвитку рослини.
Час освіти склероциев залежить від погоди: у вологу - через тиждень, а в суху - через два тижні після появи «медової роси». Розвиваються вони повільно. Спочатку склероции жовтувато-коричневі, потім забарвлюються в сіро-фіолетовий або чорно-фіолетовий колір. Повний їх дозрівання збігається з дозріванням зерна. Уражена тканина зав'язі повністю руйнується, і зернівки заміщуються міцелієм гриба. Зараз ріжки зустрічається в основному по краях полів, де джерелом інфекції служать дикорослі злаки. Зазвичай гриб вражає не більше 1% рослин, що призводить до зниження врожаю в межах 0,3-5%.
географічне поширення
Маткові ріжки поширені там, де ростуть злакові - в Європі, Азії, Північній Америці (за винятком крайньої Півночі). Вони виявлені в Північній Африці, деяких районах Австралії та Південної Америки (Аргентина).
лікарську сировину
Попит на маткові ріжки досить великий. У промисловому виробництві використовують три основні методи отримання алкалоїдів ріжків: з склероциев, вирощених на рослинах, біосинтез алкалоїдів в сапрофитной (лабораторної) культурі ріжків і їх частковий або повний хімічний синтез.
Заражають жито на початку колосіння, коли на посівах в 50% рослин з вагінального листа з'являється ость. В даний час роблять ін'єкцію рідини у верхню колосисту частина жита. При цьому інфікована рідина разом зі спорами з голок потрапляє на колоски жита, де потім розвивається плодове тіло маткових ріжків. На тичинках злаків спори проростають, утворюючи грибницю - ниткоподібний міцелій. На заражених грибом рослинах через 1-2 тижні починають виділятися краплі «медової роси», де міститься велика кількість конідіеспор. Конідіеспори переносяться комахами на інші рослини. В результаті зав'язь атрофується і утворюється склероцій. Для повного освіти склероция необхідно 30-40 днів.
Маткові ріжки збирають в період дозрівання, коли вони набувають буро-фіолетове забарвлення. Ріжки збирають ручним способом або шляхом прямого комбайнування переобладнаними зерновими комбайнами. При зборі ручним способом слід пам'ятати про отруйних властивостях алкалоїдів і захищати обличчя і руки. Урожай ріжків становить 50-100 кг / га, а в роки зі сприятливими погодними умовами - до 150-200 кг / га. Ріжки повинні бути твердими на дотик і легко вийматися з колоса. Зібрані ріжки сушать в затемненому, добре провітрюваному приміщенні. Штучне сушіння проводять при 50 ° С. Висушені ріжки при згинанні повинні ламатися. Маткові ріжки культивуються в Німеччині, Чехії, Словаччини, Угорщини, Швейцарії. Світовими експортерами маткових ріжків є Іспанія (експортуються через Португалію), Росія і Балканські країни.
Недоліками вищеописаного методу є отримання тільки одного врожаю склероциев в рік і значна залежність від погодних умов. Тому вже давно були спроби освоєння сапрофитной (лабораторної) культури ріжків для отримання алкалоїдів. Основні труднощі полягають в тому, що на штучному живильному середовищі (в сапрофитной культурі) утворюється міцелій, який продукує тільки конідіеспори, наступні стадії розвитку гриба відсутні. А алкалоїди зазвичай синтезуються на стадії формування паразитують склероциев. Перший патент на такий метод отриманий ще в 1910 р але тільки в останні десятиліття в глибинної та поверхневої культури ріжків вдалося отримати досить високий і стабільний вихід алкалоїдів клавінови групи і простих похідних лізергінової кислоти. У 1960 р італійські вчені A. Tonolo, E. B. Chain і співавт. домоглися високого рівня продукції простих похідних лізергінової кислоти, зокрема метілкарбіноламіда (+) - лізергінової кислоти, в сапрофитной культурі селекційним штамом Claviceps paspali Stevens et Hall. Вихід продукту при цьому становив від 600 мг до 1-2 г на 1 л культури після 7-10 днів культивування, тоді як у початкових диких штамів - тільки 10-100 мг / л. З сапрофитной культури цього гриба отримують також паспаловую кислоту - ізомер (+) - лізергінової кислоти. Ці сполуки запропоновано перетворювати в лізергінову кислоту, з якої шляхом напівсинтезу можна отримати ерготамін і ергометрін. Такий спосіб отримання пептидних алкалоїдів маткових ріжків введений в фармацевтичну промисловість в багатьох країнах - Росії, США, Німеччини, Канади, Швеції, Японії та інших. Зараз інтенсивно вивчаються чинники, які впливають на біосинтез алкалоїдів в сапрофітних культурах ріжків.
З огляду на фармакологічну цінність алкалоїдів маткових ріжків, труднощі культивування даної сировини і отримання з нього алкалоїдів, в деяких країнах розроблені синтетичні методи отримання алкалоїдів маткових ріжків. Зокрема, швейцарської фармацевтичної фірмою «Sandoz» запатентований метод отримання пептидних алкалоїдів ріжків на основі L-моногідрату лізергінової кислоти, а також спосіб отримання пара-R-оксіерготамінов і їх солей (які мають адренолитическими активністю і є антагоністами серотоніну) на основі лактаму L- пролив-L- (о-метил) -тірозіна і N-метил-морфоліну.
Біологічно активні речовини
Склероції маткових ріжків містять більше 30 індоловой алкалоїдів, які поділяють на дві основні групи: похідні (+) - лізергінової і (+) - ізолізергіновой кислот і клавінови алкалоїди.
До класичних алкалоїдів ріжків належать 7 пар стереоізомерних алкалоїдів - похідних (+) - лізергінової і (+) - ізолізергіновой кислот. Левовращающіе алкалоїди (похідні лізергінової кислоти) виявляють більш сильну фармакологічну активність, ніж правообертальні ізомери (похідні ізолізергіновой кислоти).
7 пар класичних алкалоїдів маткових ріжків відносяться до чотирьох груп:
- група ерготаміну: левовращающіе алкалоїди ерготамін і ергозін, правообертальні - ерготамінін і ергозінін;
- група ергостіна: левовращающий алкалоїд ергостін і правообертальні ергостінін;
- група ерготоксину: левовращающіе алкалоїди ергокрістін, ергокріптін і ергокорнін, правообертальні - ергокрістінін, ергокріптінін і ергокорнінін;
- група ергометрину - левовращающий алкалоїд ергометрін і правообертальні ергометрінін.
Алкалоїди груп ерготаміну, ергостіна і ерготоксину - з'єднання лізергінової кислоти з різними пептидами. Терміном «ерготоксин» протягом багатьох років позначали суміш ергокрістін, ергокріптіна і ергокорнін. Пептидні алкалоїди є найбільш цінними для медицини. До непептидним (водорозчинних) алкалоїдів відноситься ергометрін - з'єднання лізергінової кислоти з амінопропанола. Цей алкалоїд відкрили в 1935 р 5 незалежних груп дослідників (H. W. Dudley і C. Moir і ін.). в зв'язку з чим йому було присвоєно кілька назв. Найбільш поширене з них - ергометрін. У США офіційно вживається назва ергоновін, в Швейцарії - ергобазін.
Пізніше цей стимулятор центральної нервової системи був заборонений не тільки для використання з лікувальною метою, а й для досліджень в лабораторних умовах.
Крім маткових ріжків, ергоалкалоіди виявлені в деяких квіткових рослинах сімейства березових, які ростуть в Центральній Америці (іпомея, Rivea corymbosa (L.) Hallieri, Argyreia sp.). В їх насіння міститься до 0,05% ергоалкалоіди (ергозін, ергометрін, ергінін, метілкарбіноламід лізергінової кислоти, деякі клавінови алкалоїди). Ці рослини входили до складу ритуальних кошти «ololiuqui» з галюциногенні властивості, які застосовувалися древніми ацтеками та індіанцями Мексики. Встановлено, що специфічним психотропним компонентом цього засобу є Ергін - амід (+) - лізергінової кислоти.
Друга група алкалоїдів ріжків - клавінови алкалоїди (агроклавін, елімоклавін, ханоклавін I, костаклавін, ергоклавін, лізергін, пенінклавін, сетоклавін) - відома відносно недавно. Вони не є похідними лізергінової кислоти, в основі їх структури лежить скелет ерголена. Ці алкалоїди містяться у великих кількостях в склероції ріжків на дикорослих злаках в Африці і на Далекому Сході. Вперше клавінови алкалоїди були виділені швейцарськими вченими A. Stoll і співавт. із сапрофітних культур ріжків, технологія яких була розроблена японським вченим M. Abe в 1948 р Відкриття цих алкалоїдів стало рушійною силою в наукових дослідженнях продукції алкалоїдів ріжків в сапрофітних культурах.
Тривалий час з фармакологічної точки зору клавінови алкалоїди ріжків не уявляли інтересу. Але в останні роки на їх основі отримано цінний напівсинтетичний препарат ницерголин - 1,6-диметил-8β- (5-бром-нікотиноїл-окісметіл) -10α-метоксіерголін, який, крім ерголінового ядра, містить бромзамещенний залишок нікотинової кислоти.
Поряд з індоловой алкалоїдами склероции ріжків містять алкалоїд ергомонамін і алкалоїди - похідні імідазолу, зокрема ерготионеїн.
Велике медичне значення мають напівсинтетичні алкалоїди - дигідроерготамін, метілергометрін, метісергід, бромокриптин (2-бром-a-ергокріптін).
Крім алкалоїдів, в склероциев житніх ріжків знайдені аміни (тирамін, гістамін, агматину), алкіламіни (ерготіоксін, ерготионеїн, герцінін, тріметіламін, метиламін, гексіламін) та інші азотовмісні сполуки (холін, ацетилхолін, бетаїн, урацил, гуанозин), амінокислоти (аспарагін , аланін, валін, лейцин, фенілаланін), хрізогеновая і хрізергоновая кислоти, секалоновие кислоти А і В, антрахінонові пігменти (ендокріцін, клаворубін), ергохроми - похідні ксантону (ергохрізін, ергофлавін), 3-4% цукрів (трегалоза, глюкоза та ін .), до 1% багатоатомних спиртів, стероїди (близько 0,1% ергостеролу - ергоста-5,7,22-тріен-3β-ола, або провітаміну D 2), хітин. Cклероціі маткових ріжків багаті жирними оліями (до 35%), близько 60% ліпідів представлені триацилгліцеролів. До їх складу входять залишки ріціноолеіновой і негідроксілірованних жирних кислот (16: 0 - пальмітинової, 16: 1 w-7, 18: 0 - стеаринової, 18: 1 w-9 - олеїнової і 18: 2 w-6,9 - лінолевої) . Ріціноолеіновую кислоту запропоновано використовувати в якості маркера при встановленні факту забруднення харчових продуктів ріжками.
У сапрофитной культурі клавіцепса паспалюма Claviceps paspali Stevens et Hall. виявлена паспаловая кислота, яка в результаті ізомеризації перетворюється в (+) - лізергінову кислоту.
Історія застосування в медицині
У давні часи маткові ріжки були відомі в Китаї як жіноче засіб. Їх вживали для полегшення пологів і як абортивний засіб.
Перша згадка про застосування маткових ріжків з лікувальною метою в Європі (при післяпологових болях) зустрічається 1557 р в травнику відомого лікаря епохи Відродження з Франкфурта Адама Лоніцеруса (1527-1587) «Adami Loniceri Naturalis historiae opus novum». Про лікувальні властивості ріжків згадує у 1588 році в своєму медичному трактаті Joachim Camerarius (1534-1591). На той час було відомо про кровоостанавливающих властивості ріжків в гінекологічній практиці, на що вказує австрійський лікар і ботанік Thal Johann Thalius (помер в 1587 г.) в книзі «Sylva hercynica seu catalogus plantarum sponte nascentium» (1588). Але в офіційну медицину маткові ріжки були введені тільки на початку XIX ст. Скорочувальної вплив ріжків на мускулатуру матки описав в 1808 р американський лікар John Stearns, а кровоспинну дію при післяпологових кровотечах - в 1824 р D. Hosack. У 1836 році маткові ріжки були включені в Лондонську Фармакопею, а в середині XIX в. - в фармакопеї всіх країн.
Тоді ж було розпочато вивчення алкалоїдів, що містяться в склероції гриба. Проте задовго до вивчення діючих компонентів склероциев їх широко застосовували в акушерстві. Про використання маткових ріжків в медицині згадується в роботах А. Лоніцер (тисячі п'ятсот вісімдесят дві) і Р. Я. Камераріуса (1688).
Тривалий час в народній медицині різних країн маткові ріжки застосовували для лікування раку матки.
Детальну ботанічну характеристику ріжків зробили в 1861-1865 рр. французькі ботаніки Luis Rene і Charles Tulasne.
Синтезований в 1938 р діетіламід лізергінової кислоти (препарат ЛСД-25) - наркотик-легенда. У 70-і роки в США мода на ЛСД-25 була подібна епідемії - кількість людей, що вживають цей наркотик, досягала десятків тисяч. З них 90% становили студенти, і столицею цієї нової «релігії» був Каліфорнійський університет в Берклі. Практично всі його студенти брали ЛСД, причому не поодинці, як героїн або морфій, а групами. Ідейним вождем цієї «релігії» був психолог Гарвардського університету доктор Лірі, який проповідував, що ЛСД - не просто наркотик, а засіб «звільнення» і «самопізнання», «створення власного раю і пекла», що «відкриває двері в світ, де проблеми життя і смерті виникають в своїх істинних вимірах ». Але дійсність була значно прозаїчніше: преса щодня повідомляла про вбивства і самогубства, що сталися під впливом цього препарату, психіатричні клініки були переповнені споживачами ЛСД, які не змогли позбутися від випущеного на свободу монстра після того, як дія наркотику припинилася. Сенатор Роберт Кеннеді почав розслідування, в результаті якого в США було прийнято рішення про покарання за виробництво, транспортування і збут ЛСД. За офіційними даними, сьогодні в Україні і Росії ЛСД-25 не вживають.