thesis

Chemical and biological characterization of halophyte plants with ethnopharmacological use in the Algarve coast

Abstract

This work aimed to investigate the potential of medicinal halophytes as sources of bioactive compounds with health-promoting properties, while validating their traditional uses and searching for new bioactivities/applications. Halophytes are salt-tolerant plants that survive in extreme biotopes and, to cope with environmental stress, are equipped with powerful defence mechanisms, including highly bioactive compounds. Several medicinal halophytes are used in folk therapeutics but, despite their ethnopharmacological importance, are still underexplored. This study focused on five medicinal halophytes from southern Portugal, namely Artemisia campestris L. subsp. maritima Arcangeli (dune wormwood), Crithmum maritimum L. (sea fennel), Eryngium maritimum L. (sea holly), Helichrysum italicum (Roth) G.Don subsp. picardii (Boiss&Reuter) Franco (everlasting), and Plantago coronopus L. (buckshorn plantain). Water and organic extracts were prepared from different plant organs, assessed for in vitro antioxidant, anti-diabetic, anti-hyperpigmentation and anti-protozoan activities, and chemically characterized. The large majority of the extracts have high polyphenolic content and are a potentially good source of these bioactive phytochemicals. They presented a wide diversity of phenolics, especially coumaric, ferulic, syringic, chlorogenic, and p-hydroxybenzoic acids. Minerals were also analysed, and some species may have a nutritional role as mineral supplementary source, particularly sea fennel for macronutrients and dune wormwood for microelements. A preliminary toxicological assessment showed that extracts had overall low toxicity. As for bioactivities, results confirm the strong in vitro antioxidant capacity of the extracts. Everlasting, dune wormwood and sea holly also showed anti-diabetic activity, while dune wormwood had additional anti-hyperpigmentation capacity, and sea fennel had activity against Trypanosoma cruzi. In conclusion, all halophytes can be useful sources of antioxidants to potentially help prevent oxidative-stress related diseases, while everlasting, dune wormwood and sea holly may additionally help control glucose levels. Dune wormwood is also a prospective source of compounds to prevent skin darkening and sea fennel may provide effective anti-T. cruzi molecule(s).Este trabalho teve como objetivo principal explorar o potencial de plantas halófilas medicinais enquanto fontes de compostos bioativos com aplicação terapêutica, e ao mesmo tempo validar os seus usos na “medicina” popular e procurar novas bioatividades e / ou aplicações. As plantas halófilas possuem uma elevada tolerância ao sal e completam o seu ciclo de vida em biótopos extremos, tais como zonas costeiras de influência salina. Para resistirem ao stress ambiental, estão equipadas com poderosos mecanismos de defesa que incluem a produção de compostos altamente bioativos, cujas atividades biológicas poderão ajudar a explicar a utilização de algumas destas plantas como remédios populares e para alimentação humana (e animal). De facto, inúmeras plantas halófilas são utilizadas no tratamento de várias doenças e infeções, principalmente em áreas rurais onde as plantas medicinais ainda são uma importante fonte terapêutica. No entanto, estas plantas são pouco exploradas e são também poucas as descrições das suas bioatividades, apesar da sua importância etnofarmacológica. Na região do Algarve (sul de Portugal), poucas espécies têm sido estudadas apesar do seu potencial conteúdo em moléculas bioativas. Assim, com o intuito de expandir o nosso conhecimento acerca das possíveis propriedades terapêuticas e promotoras de saúde e bem-estar deste tipo de plantas, este trabalho estudou cinco plantas halófilas medicinais comuns no Algarve, escolhidas pelos seus usos medicinais e potenciais atividades biológicas, nomeadamente Artemisia campestris L. subsp. maritima Arcangeli (madorneira), Crithmum maritimum L. (funcho marítimo), Eryngium maritimum L. (cardo marítimo), Helichrysum italicum (Roth) G.Don subsp. picardii (Boiss&Reuter) Franco (perpétua das areias) e Plantago coronopus L. (diabelha). O objetivo foi desvendar o seu potencial enquanto fontes de compostos e / ou extratos bioativos com aplicações terapêuticas, cosméticas e / ou nutricionais. Para tal, à semelhança de preparações tradicionais, foram preparados extratos aquosos e / ou orgânicos de diferentes órgãos (raízes, caules, folhas e / ou flores), e avaliados quanto às suas atividades antioxidante, antidiabética, anti-hiperpigmentação e anti-protozoária in vitro. Adicionalmente, para o funcho marítimo, cardo marítimo e perpétua das areias, os extratos foram estudados na sua dose de ingestão tradicional, i.e., usando a medida “chávena-de-chá” (e também a medida “gotas”, no caso das tinturas do cardo), para analisar as plantas duma perspetiva de utilização medicinal típica. Os extratos foram ainda caracterizados quimicamente. Os extratos foram caracterizados em relação aos compostos fitoquímicos presentes por métodos espectrofotométricos para determinar o seu conteúdo em fenólicos totais (TPC), para além do conteúdo em outros grupos fenólicos (flavonóides totais, taninos condensados, etc.). Em geral, todos os extratos analisados têm um elevado conteúdo polifenólico e são, potencialmente, boas fontes destes compostos fitoquímicos bioativos. De um modo geral, os extratos da perpétua das areias tiveram o maior conteúdo em fenólicos totais, seguidos pelos extratos da madorneira, enquanto que o cardo marítimo teve o mais baixo TPC. De notar que, globalmente, os órgãos aéreos (folhas e flores) de todas as plantas mostraram ter conteúdos fenólicos mais elevados do que os restantes órgãos. Os extratos foram ainda caracterizados por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (HPLC) ou por Ultra-HPLC para determinar o seu perfil polifenólico e outros compostos tentativamente identificáveis. Foi encontrada uma grande diversidade de fenólicos nestas plantas halófilas, sendo os mais abundantes: verbascósido e luteolina-7-O-glucosídeo na diabelha, ácidos clorogénico, neo- e cripto-clorogénico no funcho marítimo, ácidos quínico e clorogénico na perpétua das areias e na madorneira, e carvacrol e naringenina no cardo marítimo. Os compostos fenólicos mais comuns foram os ácidos fenólicos, com uma ligeira prevalência dos ácidos hidroxicinâmicos. Os ácidos cumárico e ferúlico foram identificados nas cinco plantas, e os ácidos p-hidroxibenzoico, siríngico e clorogénico estavam presentes em pelo menos quatro das espécies. O conteúdo em minerais foi também analisado nos extratos das folhas da diabelha e dos órgãos do funcho marítimo, cardo marítimo e madorneira. O sódio foi o elemento mais abundante encontrado, e os outros minerais estavam presentes em valores representativos de uma pequena porção da ingestão diária recomendada para adultos. De um modo geral, os resultados salientaram um possível papel nutricional destas plantas enquanto fonte mineral suplementar, particularmente o funcho marítimo para os macronutrientes e a madorneira para os micronutrientes. Foi efetuada também uma avaliação toxicológica preliminar aos extratos do funcho marítimo, madorneira e perpétua das areias, através da sua capacidade para diminuir a viabilidade de diferentes linhas celulares. Os extratos apresentaram, de um modo geral, baixa toxicidade. Os extratos foram também analisados quanto a propriedades antioxidante, antidiabética e anti-hiperpigmentação, através de uma bateria de ensaios para testar in vitro atividades de captação de radicais e de quelação de metais, capacidade de inibição de enzimas digestivas e de inibição da tirosinase, respetivamente. As decocções, tinturas e óleos essenciais da perpétua das areias e do funcho marítimo, foram também testados in vitro para a atividade antiprotozoária contra Trypanosoma cruzi, o agente causativo da doença de Chagas. Os extratos da perpétua das areias e da madorneira detiveram a maior capacidade antioxidante, seguidas pelos do funcho marítimo; contudo, os extratos do cardo marítimo demonstraram a mais potente atividade quelante do ferro. Os extratos da perpétua, madorneira e cardo revelaram ainda atividade antidiabética, apesar de apenas os do cardo serem capazes de inibir todas as enzimas hidrolisantes de hidratos de carbono; contudo, os extratos da madorneira foram os mais eficientes a inibir a α-glucosidase, mais ainda que o controlo positivo (acarbose). Apenas os extratos da madorneira apresentaram capacidade de inibir a tirosinase. O extrato aquoso do funcho marítimo foi o mais ativo e seletivo contra T. cruzi. De um modo geral, os resultados confirmaram a forte capacidade antioxidante in vitro dos extratos, evidenciando que todas as cinco plantas halófilas podem ser úteis como fontes de moléculas ou produtos antioxidantes e, como tal, poderão ajudar a prevenir doenças relacionadas com stress oxidativo. O potencial antidiabético dos extratos da perpétua das areias, da madorneira e do cardo marítimo podem ainda auxiliar no controlo dos níveis de glucose, ajudando pacientes com diabetes mellitus tipo 2. Por outro lado, os extratos da madorneira são também possíveis fontes de compostos para prevenção / tratamento de hiperpigmentação da pele, enquanto que os do funcho marítimo poderão ser fontes de moléculas anti-T. cruzi. No geral e em conclusão, o resultado deste trabalho demonstra que as cinco espécies de plantas halófilas estudadas são prospectivamente boas candidatas a serem utilizadas como alimento (as folhas da diabelha, por exemplo), em bebidas à base de plantas (como por exemplo tisanas de funcho e cardo marítimos e de perpétua das areias), como fontes de moléculas de relevo (ex.: compostos anti-T. cruzi do funcho marítimo), ou como matéria prima para as indústrias cosmética (como a madorneira para problemas de hiperpigmentação) e farmacêutica (ex.: a perpétua das areias, a madorneira e o cardo marítimo para o controlo da diabetes), e ainda para o segmento comercial de alimentos funcionais e / ou nutracêuticos (todas as cinco plantas halófilas enquanto antioxidantes potentes para prevenção de condições relacionadas com stress oxidativo). Adicionalmente, o perfil químico e atividades biológicas podem ajudar a explicar os usos tradicionais destas plantas

    Similar works