Ecology, conservation and bioactivity of food and medicinal plants in East Africa

Abstract

In East Africa 70-80 % of the population is subsistence farmers. The rural health system is often poorly equipped both with personnel and medicines, and many depend on the use of medicinal plants for their primary health care. Malaria is the single most serious cause of morbidity, mortality and poverty, partly because the parasite causing the disease, Plasmodium falciparum, has developed resistance towards the most common and affordable medicines, and the fact that a large part of the population is malnourished. In East Africa many plants are used in the treatment of malaria, but most of them are poorly investigated for effect and safety. Bark and roots of trees are often used for medicine, and some of the trees are locally threatened because of population increase and deforestation. Traditional medicine has received increased attention from governments in Tanzania and Uganda. In Tanzania laws and regulations on management of natural resources and traditional medicine, which are in line with the Convention on Biological Diversity, are now in place. However, important ecosystems for medicinal plants are heavily degraded. In Uganda laws and regulations for traditional medicine are now under debate in the government. Experiments on germination and seedling growth for two Ugandan medicinal trees, Mitragyna (Hallea) rubrostipulata and Sarcocephalus latifolius, was conducted in controlled environments. Both needed light to germinate, Mitragyna rubrostipulata had a temperature optimum at 25°C with 79 % germination, while germination for Sarcocephalus latifolius after 28 days was around 60 % for the temperatures 20-35°C. A germination field experiment failed, indicated that these species need assistance from nursery to be able to establish in degraded areas. The framework tree species method was chosen to conserve and gain more knowledge about local medicinal trees. In this method 25-40 different local woody species are raised in nursery and planted in a single event in a mixed stand. The intention is to encourage regeneration of degraded forest. We raised and planted 27 mainly indigenous woody species in three plots in April 2008, and monitored survival and growth for 13 months. Eleven species turned out to be excellent framework species, while eight others were acceptable. Some of the important medicinal trees we failed to cultivate, partly because they have become so rare that we did not find seeds. Total antioxidant activity (AOA) in 35 Ugandan fruits and vegetables were measured using the Ferro Reducing Ability of Plasma (FRAP) method. The results showed large variation in AOA from 72.5 ± 13.5 (Syzygium cuminii seeds) to 0.09 ± 0.05 (Curcubita maxima fruit) mmol/100 g fresh weight. Antioxidant activity per serving was calculated, and the food with heighest AOA per serving were pomegranat (Punica granatum), Canarium schweinfurthii, guava (Psidium guajava), mango (Mangifera indica) and tree tomato (Cyphomandra betacea) with values from 8.91 to 3.00 mmol/serving. AOA for Ugandan mango in this study was five times higher than values found in another study of mangoes bought in Norway. In Uganda the intake of antioxidants can be relative easily increased by adding more of the fruits that are abundant in the fruiting seasons and green leafy vegetables. Raw extracts from tree medicinal plants that are used to treat malaria in Uganda were tested for antioxidant (DPPH, FRAP, Total phenols) and anti-plasmodial activity. The water extract of Mitragyna rubrostipulata showed highest anti-plasmodial activity (IC50= 1.95 μg/ml), and high antioxidant activity as well. Thirteen other extracts showed high anti-plasmodial activity ranging from 2.12 to 3.63 μg/ml (chloroquine control: IC50= 8 μg/ml). There was high correlation between the different antioxidant assays. In March – April 2009 twenty-eight traditional birth attendants and healers from Mbarara District in Western Uganda were interviewed about how they use plants to treat malaria. Altogether they used 57 different plant species from 27 families. Asteraceae was most common, with 17 species used, followed by Fabaceae (8) and Lamiaceae (5). Leaves were the most commonly used plant part, and in most cases fresh leaves were either pounded and juice squeezed out, or decoction were made for oral intake. More than 80 % of the recipes included Vernonia amygdalina, a species used for treatment of malaria all over Africa, and for which effect has been documented.

I Øst Afrika er 70-80 % av befolkningen selvforsyningsbønder. Det lokale helsesystemet er ofte dårlig bemannet og utstyrt, og mange baserer seg på den tradisjonelle bruken av medisinplanter for å behandle vanlige sykdommer. Malaria er den viktigste enkeltårsaken til sykdom, død og fattigdom, delvis fordi parasitten som forårsaker sykdommen har utviklet resistens overfor de vanligste og rimeligste medisinene, og fordi en stor del av befolkningen er under- eller feilernært. Mange planter blir brukt til behandling av malaria, men de fleste er dårlig undersokt for effekt og sikkerhet. Bark og røtter av trær brukes ofte medisinsk, og noen trær er lokalt truet på grunn av befolkningsøkning og avskoging. I Tanzania og Uganda har den tradisjonelle medisinen fått økende oppmerksomhet fra myndighetene. Tanzania har nå lovverket på plass for forvalting av natur ressurser og praktisering av ”Traditional Medicine” i samsvar med Konvensjonen om Biologisk Mangfold, mens i Uganda er fortsatt disse lovene under debatt. Viktige økosystem for medisinplanter er ødelagte. Spirings- og vekstforsøk for to medisinske trær, Sarcocephalus latifolius og Mitragyna (Hallea) rubrostipulata ble utført i kontrollerte omgivelser. Begge trengte lys for a spire, Mitragyna rubrostipulata hadde temperaturoptimum for 25°C med 79 % spiring, mens spiring for Sarcocephalus latifolius etter 28 dager var rundt 60 % for temperaturene 20-35°C. Såforsøk i felt var mislykket og tyder på at gjenetablering av disse artene i degraderte omrader er avhengig av oppal i planteskole. ”The framework tree species method” ble valgt for å bevare og få bedre kjennskap til lokale medisinske trær. Denne metoden innebærer oppal og utplanting av 25-40 forskjellige treslag samtidig med den hensikt å fremme regenerering av skog. Vi plantet ut 27 hovedsakelig lokale treslag i tre felt i april 2008, og registrerte overlevelse og vekst i et år. Elleve arter viste meget god overlevelse og vekst, mens åtte flere hadde akseptabel vekst. Noen viktige medisinske trær har vi foreløpig ikke klart å oppformere, delvis fordi de har blitt så sjeldne at vi ikke klarte å finne frø. Total antioksidant aktivitet (AOA) i 35 ugandiske frukt og gøonnsaker ble malt ved hjelp av FRAP (Ferro Reducing Ability of Plasma). Resultatene vist stor variasjon i AOA fra 72,5 ± 13,5 (Syzygium cuminii fro) til 0,09 ± 0,05 (Curcubita maxima frukt) mmol/100 g fersk vekt. Antioksidant aktivitet per porsjon ble kalkulert, og de matvarene som hadde høyest AOA per porsjon var granateple (Punica granatum), Canarium schweinfurthii, guava (Psidium guajava), mango (Mangifera indica) og tretomat (Cyphomandra betacea) med verdier fra 8,91 til 3,00 mmol/porsjon. AOA for Ugandisk mango i dette forsøket var fem ganger sa høy som verdier målt i mango kjøpt i Norge. Inntak av antioksidanter kan relativt lett økes ved å innta mer av de matvarene som har høy AOA, og som mange steder er tilgjengelige i overflod i fruktsesongen. Råekstrakter fra tre medisinplanter (Mitragyna rubrostipulata, Vernonia adoensis and Zanthoxylum chalybeum), som brukes i Uganda til behandling av malaria, ble testet for antioksidant (DPPH, FRAP, Total fenoler) og anti-plasmodial aktivitet. Vi fant at vannekstraktet av Mitragyna rubrostipulata hadde høyest anti-plasmodial aktivitet (IC50= 1,95 μg/ml), samt høy antioksidant aktivitet. Tretten andre ekstrakter hadde høye anti-plasmodiale aktiviteter med verdier mellom 2,12 til 3,63 μg/ml (klorokin kontroll: IC50= 8 μg/ml). Vi fant høy korrelasjon mellom de forskjellige antioksidant-testene. I mars - april 2009 ble 28 tradisjonelle fødselshjelpere fra Mbarara distrikt i det vestlige Uganda intervjuet om hvordan de bruker planter for a behandle malaria. De brukte til sammen 57 forskjellige arter fra 23 familier. Korgplantefamilien var den vanligste, med hele 17 arter, dernest erteblomstfamilien (8) og leppeblomstfamilien (5). Blader av urtene var den vanligste plantedelen brukt, og i de fleste tilfeller ble enten friske blader knust og plantesaften presset ut, eller det ble laget avkok av ferske eller tørkede plantedeler. Over 80 % av oppskriftene innbefattet Vernonia amygdalina, som er brukt til behandling av malaria over store deler av Afrika, og hvor effekt er dokumentert.