Cnidoscolus chayamansa hidropónica orgánica y su capacidad hipoglucemiante, calidad nutraceutica y toxicidad*

Cnidoscolus chayamansa organic hydroponic and its hypoglycemic capacity, nutraceutical quality and toxicity

Ramón Valenzuela Soto^1,2, María Eufemia Morales Rubio², María Julia Verde Star², Azucena Oranday Cárdenas², Pablo Preciado-Rangel³, Jacob Antonio González⁴ y Juan Ramón Esparza-Rivera^5§

¹ Universidad Politécnica de Gómez Palacio, Gómez Palacio, Durango, México. (ramonvalz@yahoo,com.mx).

³ Instituto Tecnológico de Torreón, Carretera Torreón-San Pedro, km 7.5, Ejido Ana. Torreón, Coahuila, México. (ppreciador@yahoo.com.mx).

⁴ Dirección General de Educación Tecnológica Agropecuaria (DGETA-BEDR 122). Nezahualcóyotl Núm. 110. Palacio Municipal, Colonia Centro. Texcoco, Estado de México. (mforty05@yahoo.com.mx).

⁵ Facultad de Ciencias Químicas Gómez Palacio, Universidad Juárez del Estado de Durango Avenida Artículo 123 S/N Fraccionamiento Filadelfia C. P. 35010, Gómez Palacio, Durango, México. Tel: 871-7158810, Fax: 871-7152964. ^§Autor para correspondencia: jresparza02001@yahoo.com.

* Recibido: octubre de 2014
Aceptado: marzo de 2015

Resumen

La chaya es una planta con calidad nutricional y posee un alto potencial en la salud pública en el tratamiento de diabetes mellitus. La diabetes mellitus es una de las enfermedades crónico-degenerativas con mayor prevalencia en México. Por otra parte, en los últimos años se ha incrementando el interés por la evaluación de los efectos del consumo de extractos de plantas como alternativa inocua para el tratamiento de diabetes. Estudios recientes han demostrado que extractos de chaya (Cnidoscolus chayamansa) tienen propiedades antioxidantes. Sin embargo, se desconoce si las infusiones (extractos acuosos) de dicha planta poseen propiedades hipoglicemiantes. La capacidad hipoglicemiante y toxicidad de una infusión de hojas de chaya hidropónica producida orgánicamente fueron evaluadas mediante modelos in vivo, usando ratas macho Wistar albinas (evaluación de capacidad hipoglicemiante), y larvas de Artemia salina (determinación de toxicidad). Asimismo se determinaron el contenido fenólico y la capacidad antioxidante de la infusión. El consumo de la infusión evaluada redujo los niveles de glucosa de las ratas diabéticas, teniendo un mayor efecto hipoglicemiante que la aplicación de glibenclamida. La evaluación de toxicidad mostro que la infusión de hoja de chaya hidropónica orgánica no es toxica y es segura para su consumo como potencial agente hipoglicemiante.

Abstract

Chaya is a plant nutritional quality and has high potential for public health in the treatment of diabetes mellitus. Diabetes mellitus is one of the most chronic degenerative diseases prevalent in Mexico. Moreover, in recent years has been increasing interest in assessing the effects of using plant extracts as safe alternative for the treatment of diabetes. Recent studies have shown that extracts of chaya (Cnidoscolus chayamansa) have antioxidant properties. However, it is unknown whether infusions (aqueous extracts) of the plant possess hypoglycemic properties. The hypoglycemic ability and toxicity of an infusion of leaves of hydroponic chaya organically produced were evaluated by in vivo models using male Wistar albino rats (evaluation of hypoglycemic capacity), and larvae of Artemia salina (determination of toxicity). The phenolic content and antioxidant capacity of infusion were also determined. The consumption of the evaluated infusion reduced glucose levels of diabetic rats, having a higher hypoglycemic effect that the application of glibenclamide. The toxicity assessment showed that infusion of organic hydroponic chaya leaf is not toxic and is safe for consumption as potential hypoglycemic agent.

Keywords: antioxidants, diabetes, hypoglycemic, plant extracts, safety.

Introducción

La chaya (Cnidoscolus chayamansa) es un arbusto semiperenne y semileñoso de hasta 5 m de altura perteneciente a la familia Euphorbiaceae, el cual es cultivado en climas cálidos subhúmedos ubicados de 0 a 1 000 msnm. Esta planta requiere de suelos bien drenados para su adecuado desarrollo, además que es tolerante a condiciones ambientales adversas incluyendo lluvias fuertes y sequía intraestival (Ross-Ibarra y Molina-Cruz, 2002). La parte más aprovechada de la chaya son sus hojas (Ross-Ibarra y Molina-Cruz, 2002), cuya calidad nutricional es mayor que la de las hojas de espinaca (Spinacia oleracea L.), destacando el alto contenido de proteína, fibra, minerales como calcio y potasio, y vitamina C en hojas de C. chayamansa cocida (Kuti y Torres, 1996). Además, se ha recomendado que las hojas de chaya sean cocidas preferentemente antes de su consumo, debido a su contenido de ácido cianhídrico (Castro- Juárez et al., 2014).

Por otra parte dentro de los principales usos de la chaya en México y entre la población hispana en los Estados Unidos de América se encuentran su consumo como verdura y como agente medicinal naturista para el tratamiento de la diabetes mellitus (Kuti y Torres, 1996; Castro- Juárez et al., 2014). La diabetes mellitus es una alteración del metabolismo de los carbohidratos caracterizada por niveles elevados de glucosa sanguínea o hiperglicemia (Calderín- Bouza et al., 2007), la cual es asociada con daño y disfunción de varios órganos incluyendo ojos, riñones, nervios, vasos sanguíneos y corazón (OMS, 2012). Además, esta enfermedad es un factor condicionante para el desarrollo de enfermedades cardiovasculares como infarto del corazón y accidente vascular cerebral (De Fronzo, 2004; OMS, 2012). La diabetes mellitus representa un gran problema de salud pública en México debido a su alta tasa de mortalidad, con 75 defunciones por cada 100 000 habitantes en el año 2012 (INEGI, 2012).

Asimismo, en años recientes se han reportado aumentos en las tasas de incidencia y mortalidad en México relacionadas con la diabetes, teniendo un incremento de 80% en la tasa de mortalidad atribuible a esta enfermedad durante el periodo 1998-2013 (INEGI, 2012). Algunos medicamentos han sido desarrollados para controlar los niveles de glucosa en sangre, incluyendo fármacos como la glibenclamida y la metformina (Olmedo et al., 2013; Pavlovic y Carvajal, 2013), los cuales son regularmente prescritos a pacientes diabéticos. Sin embargo, estos medicamentos producen efectos secundarios en el paciente que incluyen colestasis intrahepática, ampollas cutáneas, anoxia tisular y acidosis láctica, además de causar predisposición para el desarrollo de enfermedades renales y pulmonares (Salpeter et al., 2003).

Por otra parte, una de las formas tradicionales de preparación de derivados vegetales en tratamientos naturistas consiste en las infusiones o tés. Sin embargo, se cuenta con limitada información acerca de las propiedades hipoglicemiantes de infusiones de chaya, además de que no se ha evaluado su inocuidad. Así pues, el potencial de la chaya para alimentación y salud humana tiene una implicación significativa para la planta como cultivo hortícola.

Los objetivos del estudio fueron evaluar la capacidad hipoglucemiante y antioxidante, así como el contenido fenólico de una infusión de hojas de chaya hidropónica producida bajo fertilización orgánica; además de determinar la toxicidad de dicha infusión.

Materiales y métodos

Material vegetativo. Se utilizaron hojas de chaya (Cnidoscolus chayamansa) producida en el periodo de marzo a septiembre del 2013 en un invernadero del Instituto Tecnológico de Torreón (Torreón, Coahuila). La ciudad está localizada a 24° 30' y 27° latitud norte, y 102° 00' y 104° 30' longitud oeste; y a una altitud de 1 120 m. El invernadero es tipo circular con una capa de polietileno plástico como cubierta, y cuenta con enfriamiento semiautomático. Las plantas de chaya utilizadas en el presente estudio fueron obtenidas a partir de esquejes de plantas silvestres recolectadas en Teapa, Tabasco. Las plantas se desarrollaron en bolsas de polietileno negro de 20 L de capacidad (una planta por bolsa), las cuales contenían como sustrato una mezcla de arena de rio y compost (80:20, v:v). La arena de río fue lavada y esterilizada con una solución de hipoclorito de sodio al 5%. El compost fue preparado mediante compostaje de estiércol de bovino proporcionado por un establo de la localidad (Torreón, Coahuila). Las plantas fueron irrigadas manualmente con agua potable, aplicando un riego al día con un volumen total de 1 L por planta durante todo el periodo del estudio.

Procesamiento de muestras experimentales. El material vegetal utilizado en el estudio fueron hojas maduras de chaya, las cuales fueron recolectadas manualmente. Las hojas fueron lavadas con agua potable, dejándose escurrir el exceso de agua para luego ser puestas a secar a temperatura ambiente en un área cerrada y ventilada durante 15 días. Las hojas secas fueron luego molidas de forma manual utilizando mortero con pistilo, almacenando el polvo en frascos de vidrio a temperatura ambiente.

Preparación de infusiones (extractos acuosos). La infusión fue preparada mezclando 5 g de muestra seca en 100 ml de agua destilada estéril a 90 °C, manteniendo la solución a 90 °C por 10 min bajo constante agitación. La infusión fue posteriormente filtrada en papel filtro Whatman No. 4 de 110 mm, y el extracto filtrado fue almacenado a 5 °C hasta su administración y evaluación.

Evaluación de capacidad hipoglucemiante de las infusiones (modelo in vivo con ratas Wistar). Se evaluó la capacidad hipoglicemiante de las infusiones preparadas mediante un modelo in vivo usando ratas macho Wistar albinas con peso de 280-300 g. Las ratas utilizadas en el presente estudio se mantuvieron de acuerdo con directrices de la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Coahuila (Torreón, Coahuila, México). Los animales fueron sometidos inicialmente a un periodo de adaptación de una semana a una temperatura de 23-24 °C con ciclos de 12 h de luz-oscuridad (periodo de luz de 8:00 am a 8:00 pm), y fueron alimentados con dieta estándar de pellets y agua ad libitum. Después del periodo de adaptación se indujo diabetes a las ratas mediante una dosis (45 mg kg de peso corporal) de estreptozotocina en buffer de citrato al 0.1 M (pH 4.5) por vía intra peritoneal, evaluando diariamente la concentración de glucosa en sangre en las ratas inducidas a diabetes.

Finalmente, después de 7 días de la inducción de diabetes fueron utilizadas en el experimento ratas con una concentración de glucosa en sangre de 180-240 mg/dl. Las ratas fueron distribuidas en 4 grupos de 6 animales: no diabéticas (ratas no inducidas a diabetes), diabéticas no tratadas (ratas inducidas a diabetes no tratadas con agentes hipoglicemiantes), diabéticas tratadas con glibenclamida (ratas diabéticas tratadas con glibenclamida a una dosis de 5 mg kg de peso corporal); y diabéticas tratadas con infusión de chaya. La infusión (extracto) y la glibenclamida fueron administradas a los grupos correspondientes diariamente en condiciones de ayuno por medio de una sonda vía intra gástrica por un periodo de 30 días. La concentración de glucosa en sangre fue evaluada los días 1, 8, 15, 23 y 30 de aplicación de tratamientos.

Los nauplios (larvas) que eclosionaron después de 48 horas fueron transferidos a una micro placa de 96 celdas, mezclando 100 µL de la suspensión de nauplios en cada celda con 100 µL de las diluciones de las infusiones a evaluar en un rango de 10 a 1 000 µg de muestra seca/mL de infusión. Las diluciones de las infusiones se hicieron usando agua de mar como solvente, y fueron utilizados una solución de dicromato de potasio (400 ppm) como control positivo, y agua de mar como control negativo.

Pruebas analíticas

Las pruebas analíticas realizadas fueron: capacidad hipoglicemiante (cuantificación de glucosa en sangre), calidad nutraceutica (contenido fenólico total y capacidad antioxidante), y toxicidad (prueba de mortandad de larvas de Artemia salina) de las infusiones preparadas, así como peso de las ratas.

Contenido fenólico total. El contenido fenólico total se midió usando una modificación del método Folin-Ciocalteau (Esparza Rivera et al., 2006). Se mezclaron 30 µl de muestra con 270 µl de agua destilada en un tubo de ensaye, y a esta solución se le agregaron 1.5 ml de reactivo Folin-Ciocalteau (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, EU) diluido (1:15), agitando en vórtex durante 10 s. Después de 5 minutos se añadieron 1.2 ml de carbonato de sodio (7.5% p/v) agitándose durante 10 segundos. La solución fue colocada en baño maría a 45 °C por 15 min, y luego se dejó enfriar a temperatura ambiente. La absorbancia de la solución fue leída a 765 nm. El contenido fenólico se calculó mediante una curva patrón usando ácido gálico (Sigma, St. Louis, MO, EU) como estándar, y los resultados se reportaron en mg de ácido gálico equivalente por g de muestra base seca (mg equiv AG/g BS). Los análisis se realizaron por triplicado.

Capacidad antioxidante. La capacidad antioxidante fue determinada por los métodos de ABTS⁺ y DPPH⁺, los resultados se reportaron en mM equivalente de Trolox por g de muestra BS.

Capacidad antioxidante equivalente en Trolox (método DPPH⁺). La capacidad antioxidante se evaluó de acuerdo al método in vitro DPPH⁺ usando una modificación del método publicado por Brand-Williams (1995). Se preparó una solución de DPPH˙⁺ (Aldrich, St. Louis, MO, EU) en metanol, ajustando la absorbancia de la solución a 1 100 ± 0.01 a una longitud de onda de 515 nm. Para la determinación de capacidad antioxidante se mezclaron 50 µl de muestra y 950 µl de solución DPPH⁺, y después de 3 min de reacción se leyó la absorbancia de la mezcla a 515 nm. Se preparó una curva estándar con Trolox (Aldrich, St. Louis, MO, EU), y los resultados se reportaron como capacidad antioxidante equivalente en mM equivalente en Trolox por g base seca (mM equiv Trolox/gm BS). Los análisis se realizaron por triplicado.

Capacidad antioxidante equivalente en Trolox (método ABTS˙⁺). La capacidad antioxidante equivalente en Trolox se evaluó de acuerdo al método in vitro ABTS˙⁺ publicado por Esparza Rivera et al. (2006). Se preparó una solución de ABTS˙⁺ con 40 mg de ABTS (Aldrich, St. Louis, Missouri, EU) y 1.5 g de dióxido de manganeso (Fermont, Nuevo León, México) en 15 ml de agua destilada. La mezcla fue agitada vigorosamente y se dejó reposar cubierta durante 20 min. Luego, la solución se filtró en papel Whatman 40 (GE Healthcare UK Limited, Little Chalfont, Buckinghamshire, Reino Unido), y la absorbancia se ajustó a 0.7 ± 0.01 a una longitud de onda de 734 nm utilizando solución buffer de fosfato 5 mM. Para la determinación de capacidad antioxidante se mezclaron 100 µl de muestra y 1 ml de solución ABTS˙⁺, y después de 60 y 90 segundos de reacción se leyó la absorbancia de la muestra a 734 nm. Se preparó una curva estándar con Trolox (Aldrich, St. Louis, MO, EU), y los resultados se reportaron como capacidad antioxidante equivalente en mM equivalente en Trolox por g base fresca (mM equiv Trolox·gm^-1 BF). Los análisis se realizaron por triplicado.

Cuantificación de glucosa en sangre. Las muestras sanguíneas evaluadas durante el experimento (días 1, 8, 15 y 23 de aplicación de tratamientos) fueron obtenidas de la vena caudal de la cola de la rata después de un previo ayuno de 8 horas. Asimismo, la obtención de las muestras finales (día 30) se realizo mediante una punción cardiaca. Se obtuvo el suero de las muestras, y se determinó la concentración de glucosa mediante el kit Accu Check (Roche Diagnostics, Indianapolis, IND, EU), reportándose en mg de glucosa/dl de sangre.

Prueba de mortandad de larvas de Artemia salina. La evaluación de toxicidad del extracto se realizo mediante el conteo de nauplios vivos y muertos por dosis después de 24 h con ayuda de un microscopio estereoscópico. La determinación de DL₅₀ de la infusión evaluada fue realizada usando el método citado por Lagarto et al. (2001).

Análisis estadístico de datos. Los resultados obtenidos fueron analizados mediante un análisis de varianza con el programa SAS (2005) y las comparación de medias fueron determinadas mediante una prueba de Tukey (p< 0.05).

Resultados y discusión

Capacidad hipoglucemiante de las infusiones. El consumo de la infusión de hoja de chaya orgánica redujo los niveles de glucosa de las ratas diabéticas (Figura 1), teniendo un mayor efecto hipoglicemiante que la aplicación de glibenclamida (5 mg kg^-1). Estos resultados coinciden con los publicados por García-Cervera et al. (2012), y Figueroa-Valverde et al. (2009), quienes reportaron que la aplicación de extractos etanólicos de Cnidoscolus chayamansa McVaugh causo una disminución de los niveles elevados de glucosa en sangre en experimentos con modelos in vivo. El efecto hipoglicemiante de la infusión evaluada puede ser atribuido a su contenido de catequina y rutina (Figura 2), los cuales son compuestos reportados en otros estudios in vivo (Lima et al., 2009; Fernandes et al., 2010; Seron y Furlan, 2010; Fuentes et al., 2013) como agentes hipoglucemiantes.

Cambios de peso de las ratas. El peso de las ratas diabéticas (tratadas y no tratadas) disminuyo durante el experimento, mientras que en las ratas no diabéticas presento un aumento (Figura 3). Sin embargo, la pérdida de peso al día 30 en comparación al inicio del experimento fue de 31.4%, mientras que en las ratas diabéticas tratadas con la infusión de hojas de chaya o con glibenclamida fue de 10.7 y 16.8% respectivamente. Estos resultados son similares a los presentados por Figueroa-Valverde et al. (2009), quienes reportaron disminución de peso en ratas diabéticas tratadas con extractos de Cnidoscolus chayamansa McVaugh y Citrus aurantium L. Algunos investigadores han reportado acerca de las propiedades diuréticas de la chaya (Andrade-Cetto et al., 2006), lo cual pudiera ser asociado con la pérdida de peso que se observo en las ratas diabéticas tratadas con la infusión de hojas de esta planta.

Calidad nutraceutica de la infusión. El contenido fenólico obtenido en el presente estudio fue de 6.34 mg equiv. de ác. gálico/ml en la infusión de hojas de chaya orgánica hidropónica. Estos resultados fueron menores a los obtenidos por Gutiérrez-Zavala et al. (2007) y Loarca-Piña et al. (2010), quienes reportaron un contenido fenólico de 71.3 ± 1.7 mg equiv. ác. gálico/gm BS en extractos hexanoicos y acetonicos de chaya. Con respecto a la evaluación de la capacidad antioxidante de la infusión evaluada, se obtuvo un valor de 5.9 mM equiv. de Trolox/ml de té de hoja de chaya. Estos resultados difieren de los reportados por Gutiérrez-Zavala et al. (2007), Loarca-Piña et al. (2010) y Mercado-Mercado et al. (2013), quienes obtuvieron una mayor capacidad antioxidante (14.5 mM equiv. de Trolox/gr BS) en extractos hexanoicos y acetonicos de chaya.

Las diferencias en estos resultados son atribuidas a la composición específica de los materiales vegetales usados en los estudios y al tipo de solvente utilizado para la obtención de extractos. Asimismo, la capacidad antioxidante de la infusión de hojas de chaya fue asociada con su contenido de fitoquímicos como la catequina y rutina, los cuales han sido reportados como compuestos con propiedades antioxidantes (Fuentes et al., 2013).

Evaluación de toxicidad de la infusión. La evaluación de toxicidad comprobó que la infusión de hojas de chaya orgánica en el presente estudio es segura para ser consumida. Un extracto es considerado como tóxico cuando su dosis letal media (DL₅₀) es menor de 200 μg/mL (Lagarto et al., 2001), mientras que extractos con DL₅₀ entre 200-1 000 μg/mL son reportados como extractos activos no tóxicos. Por otra parte, un extracto cuya DL₅₀ es mayor de 1 000 μg/mL es reportado como no tóxico y seguro para su consumo. La infusión de hojas de chaya tuvo una DL₅₀ de 1070.42 μg/mL, por lo cual puede ser considerada como no tóxica y segura para su consumo como potencial agente terapéutico en el tratamiento de la diabetes mellitus.

Conclusiones

El consumo de la infusión de hojas de chaya orgánica hidropónica tuvo mayor efecto hipoglicemiante en las ratas diabéticas que la glibenclamida, lo cual es atribuido al contenido de agentes fitoquímicos hipoglicemiantes en la infusión, incluyendo catequina y rutina. Además, la infusión de hojas de chaya puede ser considerada como no tóxica y segura para su consumo como potencial agente hipoglicemiante.

Agradecimientos

Los autores(as) agradecen el apoyo financiero del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), para la realización de los estudios doctorales del autor Valenzuela Soto, y también agradecen al Instituto Tecnológico de Torreón por la aportación de materiales y asistencia técnica.

Literatura citada

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