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Chromatographic hair analysis for natural kavalactones and their metabolites. A preliminary study

Dosages capillaires des kavalactones naturelles et de leurs métabolites: étude préliminaire

¹ Forensic Science and Criminology Dept. Dubai Police H.Q., Dubai, U.A.E.
² Biochemistry and Haemostasis Laboratory, New Caledonia Territorial Hospital, Av. Paul Doumer, BP J5, 98849 Nouméa, New Caledonia
³ Équipe de Chimie des Substance Naturelles, Laboratoire Insulaire du Vivant et de l’Environnement, Université de la Nouvelle-Calédonie, BP R4, 98851 Nouméa, New Caledonia
⁴ Institute of Legal Medicine, Heinrich Heine University, Moorenstrasse 5, 40225 Düsseldorf, Germany
⁵ Institute of Legal Medicine, University of Bern, Bühlstrasse 20, CH 3012 Bern, Switzerland
⁶ X-Pertise Consulting, 84 route de Saverne, 67205 Oberhausbergen, France

^⋆ Co-first authors
^⋆⋆ Correspondence: Yann Barguil, y.barguil@cht.nc

Received: 21 May 2013
Accepted: 1 August 2013

Abstract

Purpose: Kava is a traditional Pacific beverage made from the root of Piper methysticum. It is mainly used for its sedative properties due to lipophilic lactones called kavalactones. Kava action mechanisms include cell membrane stabilisation, inhibition of intracellular Ca²⁺ increase and enzyme inactivation. Chronic or heavy consumption of kava is responsible for the skin taking on a scaly aspect. Biologically, an isolated increase in serum gamma-glutamyltransferase is noted. “Kava bars” or “nakamals” are numerous in the Pacific. In northern Australia, the use of kava is regulated in order to fight against the abuse of this drink. In metropolitan France, we note the presence of some kava bars in several cities. In New Caledonia, in ten years (December 2002–May 2013), we identified twenty-six cases where kavalactones were found in the blood of perpetrators or victims of fatal accidents (resulting in nineteen deaths and twenty-one people seriously injured), suicides and attacks. In addition, in nine cases of sudden unexplained deaths, significant concentrations of kavalactones were found in the blood of the victims. These figures, however, are understated as toxicological screening was not done systematically. As all toxicological laboratories are not identically equipped, we developed three simple and sensitive methods for the determination of kavalactones in human hair using HPLC-DAD, LC-MS/MS and GC/TOF-MS. Methods: Hair samples were collected from nine people of different origins (Caucasian, Melanesian, Indonesian and African). Kava consumption varied among these people (from a single oral dose of a medication sold on the internet, to a daily intake of several units of the kava beverage). Results: Using HPLC-DAD, the concentrations of kavalactones in human hair samples ranged between 0.2 and 25 ng/mg for kavain, 0.5 and 34 ng/mg for 7,8-dihydrokavain, 0.7 and 8 ng/mg for yangonin, 1 and 14 ng/mg for 5,6-dehydrokavain (=desmethyoxyyangonin) and 0.9 and 6 ng/mg for the metabolite 12-hydroxy-5,6-dehydrokavain. Methysticin, 7,8-dihydromethysticin and the metabolite 11-hydroxy-5,6-dehydrokavain were detected but not quantified. Additionally, 12-hydroxykavain and 12-hydroxy-7,8-dihydrokavain were detected by LC-MS/MS in one case. General screening for other drugs as well as confirmation of the HPLC-DAD results was performed by GC/TOF-MS. Conclusions: The results of this pilot study indicate that kavalactones (kavain, 7,8-dihydrokavain, methysticin, 7,8-dihydromethysticin, 5,6-dehydrokavain (=desmethyoxyyangonin) and yangonin) accumulate in the keratin matrix of hair and can provide an easily applicable system for assessing chronic consumption of kava. This preliminary study must continue on a larger number of subjects using GC/TOF-MS and LC-MS/MS in order to conduct a comparative analysis among the three methods.

Résumé

Objectifs : Le kava est une boisson traditionnelle du Pacifique, fabriquée à partir de la racine de Piper methysticum. Il est principalement utilisé pour ses propriétés sédatives dues à des lactones lipophiles appelées kavalactones. Les mécanismes d’action du kava comprennent un effet stabilisateur de membrane cellulaire, une inhibition de l’augmentation des concentrations intracellulaires de Ca²⁺ et l’inactivation d’enzymes. Après une consommation chronique et importante, le kava est responsable d’un aspect de peau écailleuse. Biologiquement, on note une augmentation isolée de gamma-glutamyltransférase sérique. Les bars à kava ou « nakamals » sont nombreux dans le Pacifique. Dans le nord de l’Australie, l’utilisation du kava est réglementée afin de lutter contre les abus de la boisson. En France métropolitaine, on note la présence de quelques bars à kava dans plusieurs villes. En Nouvelle-Calédonie, en dix ans (décembre 2002–mai 2013), nous avons identifié vingt-six cas où des kavalactones ont été trouvées dans le sang d’auteurs ou de victimes d’accidents mortels (ayant causé dix-neuf morts et vingt et un blessés graves), de suicides ou d’agressions. En outre, dans neufs cas de morts subites inexpliquées, des concentrations importantes de kavalactones ont été trouvées dans le sang des victimes. Ces chiffres sont toutefois sous-évalués, le dépistage toxicologique n’ayant pas été réalisé de façon systématique. Méthodes : Tous les laboratoires de toxicologie n’étant pas équipés de façon identique, nous avons développé trois méthodes simples et sensibles pour la détermination de kavalactones dans les cheveux par HPLC-DAD, LC-MS/MS et GC/TOF-MS. Les échantillons de cheveux ont été prélevés sur neuf personnes différentes, et de différentes origines ethniques (mélanésienne, indonésienne, européenne et africaine). La consommation de kava variait entre ces personnes (d’une dose orale unique d’un médicament vendu sur Internet, à l’absorption quotidienne de plusieurs unités de boisson kava). Résultats : Déterminées par HPLC-DAD, les concentrations de kavalactones dans des échantillons de cheveux variaient de 0,2 à 25 ng/mg pour la kavaïne, de 0,5 à 34 ng/mg pour la 7,8-dihydrokavaïne, de 0,7 à 8 ng/mg pour la yangonine, de 1 et 14 ng/mg pour la 5,6-déhydrokavaïne (= desméthyoxyyangonine) et de 0,9 à 6 ng/mg pour le métabolite 12-hydroxy-5,6-déhydrokavaïne. La méthysticine, la 7,8-dihydrométhysticine et le métabolite 11-hydroxy-5,6-déhydrokavaïne ont été détectés mais non quantifiés. En outre, la 12-hydroxykavaïne et la 12-hydroxy-7,8-dihydrokavaïne ont été détectés par LC-MS/MS dans un cas. Le criblage toxicologique des autres drogues ainsi que la confirmation des résultats obtenus par HPLC-DAD a été réalisé par GC/TOF-MS. Conclusions : Les résultats de cette étude pilote indiquent que les kavalactones (kavaïne, 7,8-dihydrokavaïne, méthysticine, 7,8-dihydrométhysticine, 5,6-déhydrokavaïne (= desméthoxyyangonine) et yangonine) s’accumulent dans la kératine des cheveux et peuvent fournir une méthode facilement réalisable pour évaluer l’importance d’une consommation de kava. Cette étude préliminaire se poursuit sur un plus grand nombre de sujets afin de pouvoir réaliser une analyse comparative entre les trois méthodes.