Медицинская косметология / Трихология (Лечение волос)

Волосяной фолликул является уникальной структурой, производящей волосы. В отличие от эпидермиса и других придатков кожи он подвергается повторным циклам роста и регресса. Имеются различные типы волос, каждый из которых имеет свой цикл и свойства (например, волосы на коже волосистой части головы, в подмышечной области, волосы бороды и тела и др.). Факторы, управляющие началом, продолжительностью и концом роста волос, являются важными для биологии клетки волосяного фолликула.

Типы волос волосистой части головы
I — Зрелый волос; II — Зона ороговения; III — Зона пролиферации (волосяная матрица); 1 — Пушок (1 мм длиной); 2 — Зрелый волос (до 1 м длиной)

Большинство млекопитающих, за исключением некоторых водных видов, имеют волосы, которые служат для:
• защиты кожи;
• обеспечения теплоизоляции;
• окраски, обеспечивающей сексуальную привлекательность или камуфляж;
• принимая вертикальное положение, передают угрожающее поведение или испуг;
обеспечивают специализированную чувствительность, например, вибриссы («усы») у кота.

У людей большая часть этих функций утрачена. Защитные функции остались у волос бровей, ресниц, носа и уха. Большинство волос на теле стало крошечными и явно не способны служить теплоизоляцией. Однако определенные пушковые волосы, при стимуляции гормонами в период полового созревания, становятся длинными волосами, как волосы кожи головы. Тем не менее, волосы покрывают все тело, исключая веки, ладони, подошвы, губы, соски и гениталии.

Эмбриология волос

Развитие волосяных фолликулов начинается к концу первого триместра беременности. Группы ничем не отличающихся от остальных базальных клеток начинают формировать очаговые скопления и, образуя вырост, продвигаются к лежащим в дерме фибробластам, которые позже станут сосочком фолликула. Как и у более низких млекопитающих, развитие волос у людей начинается на голове (в области бровей, верхней губы и подбородка) и перемещается вниз. По мере роста плода возникают новые первичные зачатки между уже существующими. Чем больше развивается волосяных фолликулов, тем их распределение становится более случайным.

Фолликул постепенно удлиняется, на нем появляется вздутие, на уровне которого позже будет развиваться сальная железа и мышца, поднимающая волос. Указанное вздутие или выпуклось (bulge), выдается больше, чем во взрослом фолликуле и содержит пул недифференцированных кератиноцитов. Более низкий конец фолликула приобретает форму луковицы и в виде конуса частично прикрывает дермальный сосочек. Эпителиальные клетки луковицы начинают дифференцироваться и формируют слои внутреннего корневого влагалища и появляющегося стержня волоса.

Каждый фолликул в период эмбрионального развития производит два волоса. Первые тонкие волосы (lanugo – зародышевые волосы) развиваются в течение третьего триместра и выпадают приблизительно на 8 месяце беременности. Вторые выпадают приблизительно на 3-4 месяце после родов. Рост этих первых двух волос происходит синхронно, в противоположность волосам, развивающихся позднее, когда они начинают расти асинхронно. Lanugo волосы более длинные и более темные, чем волосы тела, сформированные после родов. Считается, что новые волосяные фолликулы после рождения больше не развиваются.

Анатомия волосяного фолликула

Волосы растут внутри эпителиального канала в волосяном фолликуле, расположенном в дерме, к которому прилежат сальные железы. Длина фолликула изменяется в зависимости от типа волос. Самые длинные фолликулы у волос на коже головы, они могут простираться в подкожный жир.

Волосяные фолликулы лежат под углом к поверхности. Утолщенная часть фолликула расположена со стороны, которая формирует наклонный угол к эпидермису; пучок гладких мышц, поднимающих волос, также прилежит к этой области. Таким образом, волосы имеют тенденцию лежать горизонтально поверхности, за исключением тех случаев, когда они принимают вертикальное положение вследствие сокращения мышцы поднимающей волос в результате адренэргического возбуждения.

1 — Сальная железа; 2 — Мышца поднимающая волос; 3 — Чувствительные нервные волокна; 4 — Луковица волоса

Фолликул обеспечен богатым сплетением артерий, капилляров и вен, которые происходят из дермального сосудистого сплетения. Многочисленные взаимосвязи и шунты формируют корзиноподобную сеть вокруг нижней части фолликула и внутри дермального сосочка, ориентированные по длинной оси фолликула.

Когда стадия роста (анаген) заканчивается большая часть кровеносных сосудов спадается, но часть из них остается, пока не начнут развиваться новые волосы и не восстановится вся сосудистая сеть.

Волосяные фолликулы также обеспечены нервной сетью, происходящей из дермальной нервной сети. Она представлена чувствительными нервами, которые могут простираться до базальной мембраны эпидермиса. Возможно, что нервы влияют на регуляцию цикла волос, не это точно не известно.

Структура волосяного фолликула. Функционально, волосяной фолликул состоит из двух частей: постоянной части, которая остается по окончании периода роста, и нижней трети фолликула, которая разрушается после прекращения роста волос. Нижняя треть волосяного фолликула начинается от луковицы, которая имеет форму перевернутого кубка, состоящего из скопления эпителиальных клеток. Фолликулярная стенка простирается вверх от луковицы и присоединяется к постоянной части волосяного фолликула.

1 — Стержень волоса; 1a — Мозговое вещество; 1b — Кора; 1c — Кутикула; 2 — Внутреннее волосяное влагалище; 3 — Оболочка Хаксли; 4 — Оболочка Генле; 5 — Наружное волосяное влагалище; 6 — Базальная мембрана фолликула волоса; 7 — Соединительнотканное влагалище

В верхней части, соответствующей эпидермису, фолликул формирует воронку с отшелушивающимся роговым слоем, в основании постоянной части фолликула находится выпуклость с прилежащей к ней гладкой мышцей. Анатомически, выпуклость является утолщенной частью стенки фолликула, которая, как полагают, является местом хранения стволовых клеток, от которых зависит регенерация волосяного фолликула.

Далее, около основания эпидермиса, располагается канал, который открывается в сальную железу, прилежащую к каждому фолликулу. Размер и деятельность сальной железы зависят от местоположения, типа фолликула и его чувствительности к гормональной стимуляции.

Фолликулярная стенка состоит из двух различных слоев: внешнего корневого влагалища, которое простирается на всю длину фолликула, и внутреннего корневого влагалища, в которое вкладывается стержень волоса до момента его появления на поверхности.

Корневое влагалище формируется из клеток волосяной луковицы, которая также дает начало стержню волоса.

Луковица, как и внешнее корневое влагалище, окружена базальной мембраной, на которой лежат базальные клетки. Большинство клеток луковицы занято формированием волосяного влагалища. В течение анагена (стадии роста) базальные клетки быстро делятся и дифференцируются; деление клетки происходит каждые 2-3 дня без дневных колебаний. Клетки пространственно ориентированы для воспроизведения концентрических слоев влагалища. Поскольку они двигаются вверх, они начинают кератинизироваться в так называемой кератогенной зоне, расположенной в нижней части фолликула.

1 — Луковица волоса; 2 — Матричные клетки; 3 — Меланоциты; 4 — Кутикулярные клетки; 5 — Внутреннее волосяное влагалище; 6 — Оболочка Хаксли; 7 — Оболочка Генле; 8 — Наружное волосяное влагалище; 9 — Волосяной сосочек

Наружные клетки стержня волоса формируют кутикулу. Кутикула состоит из пяти-десяти накладывающихся клеточных слоев, каждый толщиной 350-450 нм. Зрелые клетки имеют тонкие чешуйки, состоящие из плотного кератина, в которых обнаружены внешняя и внутренняя зоны с различной плотностью. Между клеточными границами имеется узкий промежуток (30 нм), содержащий плотную центральную межклеточную пластинку. С внешней стороны чешуйки могут располагаться черепицеобразно, подобно плиткам на крыше. В недавно сформированной части волос, края чешуек не повреждены, но когда волос появляется из кожи, они становятся зубчатыми, прогрессивно ломаются кнаружи «наслаиваясь» и лежат противоположно кутикуле внутреннего волосяного влагалища. Кнутри от кутикулы находятся клетки коры. Считается, что она имеет белковую природу и цементирует клетки вместе.

Самый внутренний слой представляет собой пространство, называемое мозговым веществом (medulla), которое представлено прерывисто или вообще отсутствует в некоторых волосах. Мозговое вещество обычно обнаруживается в более толстых волосах. Роль мозгового вещества остается неизвестной.

Характеристики человеческих волос существенно варьируют. Имеются отличия по форме, цвету, длине, плотности и длительности цикла роста. Некоторые из этих параметров связаны с расой, локализацией, возрастом и гормональными эффектами. Генетические детерминанты имеют глубокое влияние на характеристики волос. Однако, несмотря на имеющееся сходство или различие перечисленных характеристик, каждый волосяной фолликул после эмбриональной жизни функционирует как независимая единица.

Типы волос

1 — Terminal; 2 — Indeterminate; 3 — Vellus; 4 — Lanugo

Terminal (длинные) волосы — самый толстый тип волос, они присутствуют на скальпе с 2-х летнего возраста, а также на бровях и ресницах новорожденных, на других частях тела — конечностях, туловище, бороде, подмышечной и лобковой областей после периода полового созревания. Волосы ноздрей и ресниц выполняют сенсорные функции и участвуют при чихании и мигании.

Indeterminate (недетерминированные) волосы — тип волос, который развивается на скальпе младенцев приблизительно в 3-х месячном возрасте. Они плохо сформированы и хрупкие. К 2-х летнему возрасту обычно заменяются нормальными длинными волосами.

Vellus волосы – тип волос, присутствующих на большей части поверхности тела: они короткие (менее 1 см), тонкие и слегка окрашены. После периода полового созревания, вторичные сексуальные «терминальные» волосы развиваются из vellus волос в ответ на андрогены. Человеческие vellus волосы действуют как очень чувствительные и тонкие осязательные окончания нерва.

Lanugo волосы — первые волосы, которые растут в эмбриональном периоде, они имеют две последовательных волны синхронного роста волос. Короткие (около 1 см), темные и не имеют мозгового вещества.

Цикл жизни волос

Волосы являются продуктом уникального процесса, при котором орган производит свой рост, дифференцировку, формирует стержень из ороговевающих клеток (волос) и, через некоторое время, умирает. Сформированные волосы теряются только для того, чтобы быть замененными новыми волосами, поскольку орган, производящий волосы, восстанавливается. В этом, волосяной фолликул отличается от эпидермиса, который только теряет свои мертвые и ороговевшие клетки, в то время как базальные клетки размножаются и дифференцируются.

У этого циклического поведения есть преимущества, которыми не наделены другие придатки кожи, типа потовых и сальных желез. Если бы волосы росли, непрерывно, то они, в конечном счете, вредили бы функциональным способностям своего хозяина. Напротив, ногти (близкие родственники волос) цикла не имеют.

Стадии цикла волос

Анаген является стадией роста. Он инициируется сигналами, которые стимулируют образование нового волосяного фолликула, поддерживают его нисходящий рост на определенную глубину, формируют новую волосяную луковицу и рост новых волос. Длина волос зависит от длительности периода роста, в то время как окружность зависит от размера луковицы.

Катаген представляет собой короткий период в несколько дней, в течение которого происходит инволюция луковицы и переменной части фолликула. Переменная часть фолликула сокращается, поскольку ее клетки умирают.

Телоген является стадией, в течение которой волосы не производятся. Переменная часть фолликула (транзитный фолликул) отсутствует и волосы, которые были предварительно произведены, или все еще присутствуют со своей атрофированной луковицей в пределах фолликула или выпадают. Фолликулы короткое время остаются бездействующими, что документально подтверждено только для волос скальпа. В этом периоде около 3-х месяцев может большая часть волос, например, после родов, высокой лихорадки, сильного стресса и после приема лекарств.

Цикл развития волоса I — Анаген (фаза активного роста 3-6 лет); II — Катаген (переходная фаза 1-2 недели); III — Телоген (фаза покоя 5-6 недель); IV — Возвращение к Анагену; 1 — Клубковый волос; 2 — Вторичные зародышевые клетки; 3 — Кожный сосочек; 4 — Волосяная матрица формирует новый волос

Длина, до которой волосы могут расти, зависит от продолжительности анагена (стадии роста) этих волос. Волосы скальпа растут со скоростью примерно 0,35 мм в день, продолжительность их анагена 2-5 лет. Волосы скальпа самые толстые, со средним диаметром 70 мкм (в диапазоне 40-120 мкм). Самый большой диаметр волос скальпа у азиатов и самый маленький у европейцев. Длинные волосы бороды, подмышечных областей и лобка имеют более короткий анаген (стадию роста) и меньшую скорость роста, поэтому короче волос скальпа.

На скальпе у взрослых приблизительно 85% волос находится в анагене (стадии роста) и 15% в телогене (стадии замирания). Число волос в анагене увеличивается во время беременности и снижается в пожилом возрасте. Брови и ресницы имеют намного более короткий период роста, чем волосы скальпа, и проводят большую часть своего времени в телогене.

В исследованиях роста волос на конечностях обнаружена продолжительность анагена в течение 28 дней и телогена в течение 80 дней на руках у мужчин, 54 и 100 дней соответственно – на бедре. У женщин обнаружен более короткий анаген (22 дня). Это совпадает с другим сообщением, что 50% волос на конечностях находится в телогене. В своем исследовании Pinkus 6 лет наблюдал отдельный волосяной фолликул в невусе на тыльной поверхности своей руки, в течение этого времени фолликул сформировал 12 волос. Средняя продолжительность жизни каждого волоса была 180 дней, тогда как телоген был более вариабельным: 25-92 дня. Отмечается сезонная периодичность циклов роста волос. Обнаружено увеличение числа телогеновых волос на скальпе в конце лета. Такая сезонная периодичность регулярно отмечается у животных, которые отращивают более густую шерсть в ожидании зимнего холода.

Плотность волос

Среднее количество волос на коже волосистой части головы (скальпе) — 100000. У новорожденного на 1 см 2 приходится более 1000 фолликулов. Их количество снижается приблизительно до 800 фолликулов/см 2 к концу первого года и приблизительно до 600 фолликулов/см 2 к 30 годам. Эти изменения соответствуют росту головы и растяжению кожи между фолликулами. Существенная потеря волосяных фолликулов происходит с возрастом на коже волосистой части головы; у взрослых в возрасте 20-30 лет было зарегистрировано среднее число 615 на см 2 , между 30 и 50 годами средняя плотность падает до 485, и к 80-90 годам составляет только 435 на см 2 . Несомненно меньшее количество фолликулов присутствует в андрогензависимых областях, поскольку андрогенетическая алопеция развивается с начала молодого до среднего и пожилого возраста. При сравнении лысых и волосатых скальпов во всем диапазоне 30-90 лет соответствует плотности фолликулов от 306 до 459 на см 2 . Имеются расовые различия цвета, формы и распределения волос. Европейцы имеют намного больше волосы на теле, чем азиаты или чернокожие, у которых волосы на туловище и конечностях могут быть редкими или вообще отсутствовать. У европейцев волосы могут быть коричневые/черные, белокурые или рыжие, в то время как другие расы имеют только коричневые или черные.

Форма и размер длинных волос также отличаются среди рас. Волосы скальпа — круглые и прямые у азиатов, овальные и вьющиеся — у чернокожих, эти параметры варьируют у европейцев. Волосы тела у большинства людей преимущественно круглые, в то время как лобковые и волосы бороды преимущественно овальные.

Факторы, контролирующие цикл роста волос

За исключением первых нескольких циклов роста волос, у человека каждый волосяной фолликул следует своим собственным биологическим часам. Таким образом, хотя они все вместе начинают расти одновременно, синхрония утрачивается через какое-то время. Таким образом, в любой данной области, волосяные фолликулы формируют мозаичный образец относительно стадии цикла волос. То, что каждый фолликул имеет свою собственную программу, может быть доказано тем, что: волосы могут быть пересажены на лысеющие области скальпа и продолжать расти; кожа, пересаженная из одной области тела на другую будет поддерживать характеристики пересаженных донорских волос. Их этого следует, что сигналы для индукции, обслуживания и завершения роста волос являются эндогенными для каждого фолликула. При этом не исключаются эффекты влияния экзогенных факторов (гормонов, продуктов метаболизма, витаминов и макро- и микроэлементов и т.д.) на рост волос.

Как питать волос изнутри? Часть 1: строение волоса (кортекс, медула, кутикула) и кератина. Проницаемость, уязвимость, липидный барьер

Итак, я поправляю шапочку из фольги, надетую поверх моей маски и начинаю свой рассказ о структуре волоса и особенностях «питания его изнутри», как нам иногда обещают.
Обратите внимание, в тексте могут быть фактические ошибки, потому что это просто конспект того, что интернет ответил на мои вопросы. Кроме части про связи и структуры в белках, это конспект учебника по химии за 10й класс.
Во многом эта часть освещает вопросы строения кератина и волоса, которых касались на Hairmaniac и раньше. Зачем я пишу этот пост, если Zavitushki в своём посте про кератин всё уже описала? В моём тексте я немного иначе расставляю акценты, кое-что упрощаю, где-то обращаю внимание на другие моменты, плюс подвожу к основной теме проникновения различных веществ в волос.

Кератин

Примериваясь к посту и так, и этак, я поняла, что логичнее всего зайти реально издалека. Дело в том, что уходовыми средствами мы обычно пытаемся компенсировать повреждения волоса, но трудно говорить о том, как можно предотвратить или компенсировать эти повреждения, не зафиксировав, что именно может повреждаться в волосе. Поэтому начнём с самого начала.

Модель альфа-спиралей двух видов кератина, скрутившихся в димер. Картинка отсюда.

Волос состоит из кератина на 80-90%. Остальное составляет в основном вода (для эластичности) и липиды (для защиты). По сути стержень волоса — это разные виды кератина, собранные в элементы разной формы, которые связаны между собой кератиновым же цементом. Кутикула и кортекс имеют собственные особенности строения, но оба состоят из кератинов, так что всё, что воздействует на кератин, воздействует на весь волос.

Состав кератина

Итак, как устроен белок? Из отдельных атомов (в основном углерода, водорода, кислорода, азота и серы) собираются молекулы аминокислот. Это относительно небольшие (для органики) молекулы, их атомный вес болтается в основном в районе 100-150 дальтон. Для сравнения: вода весит 18, а молекула кокосового масла порядка 600-800.

Последовательность аминокислот в кератинахс большим содержанием серы. Каждая буква это аминокислота (у них есть сокращённые названия в 1 букву). Картинка отсюда.

Природные белки собираются из 20 разных аминокислот. Их можно представить в виде бусин. Сидит такая мастерица-Природа, у неё 20 коробочек с сортированными бусинами, и она их нанизывает как на душу положит. Хочет, три одинаковых, а хочет — десять невпопад. Если какая-то последовательность ей нравится, то она её откладывает. Получившиеся аминокислотные бусики и есть белок. Самые короткие состоят из 15-20 бусин-аминокислот, а самые длинные насчитывают тысячи. Вариаций бесконечно много.
На этом Природа не успокаивается. Она берёт одинаковые бусы и связывает их между собой (да, я про полимеризацию), получая очень-очень длинные бусы с повторяющимся узором. Разумеется, такие длинные и держать-то неудобно, так что бусы укладываются, например, спиралькой. Чтобы спиралька не разворачивалась, её закрепляют… эээ дисульфидными связями. Тут моя бусинная аналогия буксует, так что вернёмся к атомам и молекулам.

Перевод картинки отсюда. Внимательный читатель может заметить, что здесь промежуточные филаменты, а в тексте дальше — протофиламенты. Всё потому что и фибриллы, и филаменты являются названиями структур, а структуры могут повторяться при сборке.

До меня всё детально и замечательно описала Zavitushki в своём посте про кератин, так что я только всё кратенько обобщу. Кератин — сложный белок. Более того, это не белок, а группа белков со схожими свойствами, и даже именно в человеческом волосе их 15 видов (в человеке закодировано 56). Из 20 возможных аминокислот в кератине задействовано 18, а вес молекулы составляет порядка 40 000 — 70 000 дальтон. Длинные бусики! Причём это только длина самой базовой последовательности, так-то образуются цепочки из множества таких молекул, которые потом компактно скручиваются.

Картинка отсюда.

В основном белки бывают в двух состояниях — альфа, то есть в виде спирали, и бета, то есть как бы просто сложенные в относительно плоском виде. Есть ещё вариант «беспорядочный клубок», но наш кератин не такой! В волосах в основном встречается спиральный вариант. Кератин сворачивается в спиральку, спиральки двух разных видов кератина сворачиваются в двойную спиральку, димер. 2 димера сворачиваются в протофиламент, 4 протофиламента в протофибриллу. Протофибриллы сворачиваются в микрофибриллу, а те массово образуют макрофибриллы. Макрофибриллы это уже вполне большие уважаемые структуры, которые скрепляются кератиновым цементом и образуют, собственно, структуры волоса. Из этого можно сделать вывод, что в волосах всё достаточно закрученно. И длинно. Как всё это держится вместе? Нет, конечно, при такой скрученности, молекулы могут просто запутаться и не расплестись, но звучит не слишком надёжно.

Структура кератина

Структуры белков делят по уровню организации. Первичная структура это последовательность аминоксилот, вторичная это форма скручивания/складывания молекулы белка (спираль), третичная это то как запутаны между собой спирали, образуя глобулы или фибриллы, а четвертичная это то, как глобулы/фибриллы уложены. Не у всех белков есть высшие структуры.

Картинка отсюда.

1. Первичная структура чётко закодирована в нашем ДНК, и организм не будет от неё отступать (и вообще с другой последовательностью мы получим другой белок с другими свойствами). Элементы первичной структуры, то есть аминокислоты, связаны пептидными связями. Это леска для наших бусин, самая прочная связь.

2. Вторичная структура обусловлена последовательностью аминокислоты. Некоторые из них способны образовывать дополнительные связи, химические или физические. Если в процессе скручивания в спираль способные к взаимодействию аминокислоты одного и того же белка оказываются рядом, они образуют связь, поэтому спиралька и не раскручивается: она связана дополнительно внутри. Эти связи бывают водородными, ионными и дисульфидными.

3. Третичная и четвертичная структура определяет, как белок сворачивается в глобулы и как глобулы располагаются относительно друг друга. Кератину эти структуры не характерны, потому что уже после вторичной (спирали) он начинает объединяться с другими молекулами.

Связи в кератине и способы их разрыва

1. Связь между карбоксильной и аминогруппой, характерная для аминокислот, называется пептидной. Если пептидная связь рвётся, то мы можем говорить о разрушении белка, и такая реакция считается необратимой. Эта связь рвётся под воздействием кислот и щёлочей, включая гидроксид аммония. Также я нашла материал, в котором говорится о заметных изменениях свойств кератина при нагревании до 140 градусов и выше. Ещё активное ультрафиолетовое воздействие разрушает белки. Словом, найти как непоправимо испортить кератин, можно. Вот восстановить его потом невозможно, только заткнуть прорехи.

2. Если пептидная связь — сущность белка, то его прочность на макроуровне обеспечивается за счёт — дисульфидных связей. Дисульфидные связи — связи между двумя атомами серы. Это полноценная химическая связь, весьма крепкая, хотя и не такая сильная как пептидная. Она обеспечивает постоянство формы белка.

Картинка отсюда. На этом изображении приводится пример вторичной структуры и показаны все возможные связи. а)Ионная связь между разными зарядами аминокислот; b)Водородная связь; c)Дисульфидная связь (это не 5, это S, то есть сера); d)Силы отталкивания, которые также стабилизируют форму цепочки.

Количество сульфидных связей зависит от количества серы в белке. В кератинах человеческого волоса её 5% в среднем. Но содержание серы неравномерно: её больше в верхних слоях кутикулы, обеспечивая её прочность, и меньше в самих фибриллах волоса. Надо понимать, что за счёт дисульфидных связей формируется не только спиралька или плоская укладка внутри одной молекулы белка. Большая часть таких связей — межмолекулярные. Две спиральки разных кератинов удерживаются рядом именно дисульфидными связями. Много серы и в матриксе, цементирующем веществе между фибриллами, так как ему нужно связывать фибриллы.
Словом, прочность волос от базовой спиральки белка до связки макрофибрилл и верхнего слоя кутикулы обеспечивается именно дисульфидными связями. Серьезёно повредив их, нельзя рассчитывать на то, что волос будет в порядке.

Дисульфидные связи разрываются от того же, от чего рвутся пептидные: от света, воздействия кислот и щелочей, температур выше 80 градусов. Разорвать их легче. Также есть специальные процедуры, направленные на разрушение именно дисульфидных связей — кератиновые выпрямления и химическая завивка. Дисульфидные связи разрушаются под воздействием специальных реагентов, волос размягчается, его форму меняют, а потом добавляют реагенты для восстановления связей. Но связи восстанавливаются не все, так что структура волоса неизбежно страдает.

3. Ионные связи – связи между заряженными кусочкам и аминокислот. В воде (а в волосе она есть) некоторые части аминокислот могут приобретать заряд, и сила притяжения между этими кусочками удерживает волос в определённой форме.

Это физические связи, не химические, они более беспорядочны, легко разрушаются и образуются вновь. За счёт них волос также поддерживает свою структуру. В матриксе, например, преобладают аминокислоты со второй аминогруппой (положительный заряд), а на поверхности фибрилл — со второй кислотной группой (отрицательный заряд), что создаёт дополнительную прочность, сохраняя подвижность (связи ненаправленные, могут разрываться и образовываться вновь).

4. Водородные связи имеют ту же логику, что и ионные: это физические связи, гораздо более слабые, чем химические. Водородные связи весьма распространены, так как они – причина, по которой вода жидкость, а не газ. У молекул воды разный заряд на разных концах, они друг к другу притягиваются, образуя цепочки. OH-группы в составе белков также способны к созданию водородных связей.

Картинка отсюда.

Водородные связи легко разрушаются и легко восстанавливаются, но их много, и они обеспечивают поддержание формы волоса. Ими можно немного управлять: водородные связи устаканиваются в процессе высыхания волоса, и если мы положим его как хотим (выпрямим на браш или накрутим), то какое-то время водородные связи будут удерживать его. Если попасть под дождь или просто во влажный воздух, то волос впитает влагу, водородные связи в нём перемешаются, и займут свои изначальные позиции. Отсюда и пушение или распрямление: ваши волосы созданы лежать иначе, увы.

Мораль

Кератин в волосах это куча аминокислот затейливо уложенных в спиральки, потом двойные в спиральки, потом в жгуты из спиралек, потом в жгуты из жгутов, и всё это залито цементирующим видом кератина, а снаружи заковано в 6+ слоев более плотного кератина.
Мы можем практически безболезненно менять форму волоса с помощью мокрых укладок и внешней фиксации, но любое изменение цвета внутри волоса (травяное окрашивание это другая история) или долгосрочное изменение структуры волоса ведёт к необратимым или практически необратимым разрушениям. Ну вы это и так знали.

Строение волоса

Начнём с базового.

Эту картинку так много раз своровали в интернете, что я не нашла источник.

Медула

В центре среза расположена медула. Вообще «медула» значит мозг, как костный мозг или спинной, но в статьях о косметике почему-то этого слова избегают, обходясь «сердцевиной». Медула содержит отличный от кортекса состав белков, а также лейкоцитарные гранулы. Она не всегда идёт сквозь волос, она может прерываться, а то и вовсе отсутствовать (волосы не очень мозговиты… простите, это так себе шутка). В 2005 году было неизвестно, зачем она вообще человеку нужна (нет, она не питает волос), с тех пор могли появиться новые исследования, но при поверхностном изучении открытых баз я ничего не нашла. В основном на неё обращают внимание в криминалистике для опознания человека по волосам.
Но по сути нам это неважно. С медулой мы ничего сделать не можем, так что идём дальше.

А вот эта картинка из википедии. Я не стала её переводить, потому что она прекрасна с этим своим шрифтом и всё равно не то чтобы информативна.

Кортекс

Самая большая часть волоса, состоит преимущественно из кератина (белка). Кроме того, в кортексе есть вода, меланин и ионы всяких металлов в небольших количествах. У нас по всему организму металлы в небольших количествах, это нормально, организму много разного нужно для работы.
Собственно, строение кортекса было описано в разделе про кератин. Это вытянутые макрофибриллы кератина средней плотности кератина, которые скреплены цементирующим кератином и собраны в кортикальные клетки волоса. Они бывают двух типов, и их соотношение обуславливает степень кудрявости волоса, но про это лучше опять же у Zavitushki почитать.

Микрография кортекса отсюда. Чёрные точечки, на которые указывают стрелки это меланосомы!

На поверхности фибрилл находится меланин. У человека его три типа, количество и соотношение глобул меланина определяет цвет волос. Про меланин подробно писала Fidget , с точки зрения доступности (о которой мы тут говорим) все виды меланина похожи, просто некоторые более стойкие, чем другие.
Устройство кортекса во многом разобрано в части про кератин. Для нас имеет смысл выделить три части в кортексе:

• Твёрдые кортикальные клетки, которые по сути и образуют структуру волоса. Они могут быть двух типов: паракортикальные, ровненькие, и ортокортикальные, немного извилистые. У прямых волос есть только первые клетки, а при добавлении ортокортикальных волосы начинают виться. Механизм появления и распределения клеток не такой уж и простой, что даёт нам вариативность завитка, но в целом предрасположенность генетическая.
• Матрикс, цементирующее вещество между клетками. Тоже кератин, но менее строго организованный. Именно в матрикс попадает в первую очередь вода и всй остальное, что с водой приходит.
• Меланосомы (содержащие меланин органеллы) и меланин. В целом у них одна задача: быть цветными. Структуру меланина я разберу отдельно, когда мы будем говорить об окрашивании и осветлении, потому что это отдельная интересная тема. Важно, что он даже более уязвим, чем кератин, особенно для УФ-излучения.

На интуитивном уровне кажется, что в волос сложно попасть, но на самом деле это касается только крупных молекул. Так, волосы состоят из очень крупных с химической точки зрения частиц, а потому достаточно проницаемы (не сравнить с полиэтиленом), на это нам могла намекнуть их способность впитывать воду. Итак, что же проникает в кортекс:

• УФ-лучи
• Вода
• Перекись водорода
• Соли аммония (не все, но те, что в осветлителе — да)
• Цветные пигменты
• Формальдегид
• Кокосовое масло (внезапно) и иные проникающие масла
• Церамиды (вроде бы)
• Аминокислоты (и, возможно, более крупные фракции белков)
• Специализированные молекулы вроде олаплекса

Немало! Но нужно понимать, что скорость проникновения зависит от размера молекулы. Если вода и перекись в волос проникают быстро, то масла даже в кутикулу не все просачиваются. Я нашла исследования, которые подтверждали проникновение кокосового масла в кортекс, но такое проиходит не со всеми маслами. Также в кортекс могут проникать гидролизаты белков или аминокислоты. В обоих случаях речь идёт о выдержке в 6+ часов. То есть если вы по какой-то причине хотите, чтобы в кортекс попало масло или протеины, то ориентироваться стоит на несмываемые средства (они продолдают впитываться, пока вы их носите), либо на маски с кокосовым маслом на ночь. Разумеется, несмываемые средства наносятся по чуть-чуть и скорее всего распределяются не совсем равномерно, но именно регулярное нанесение средст поможет добиться результатов. Маски на 20 минут — 1 час не способны донести до кортекса, например, кератин. Впрочем, здоровым и целым волосам обычно подобная терапия не нужна.
Вот разрушить в нём что-то это быстро!

Кутикула

Многослойная защитная плёнка, состоящая, опять же, преимущественно из кератина. Правда, кератин в кутикуле отличается от кератина внутри волоса. Структура кутикулы представляет собой чешуйки, плотно прилегающие друг к другу. В зависимости от генетических (преимущественно расовых) особенностей кутикула может достигать от 4 до 12 и более слоёв чешуек.

Картинка отсюда, стрелочки с пояснениями от меня.

Сами по себе чешуйки не так просты и тоже имеют многослойную систему (т.е. каждый слой кутикулы, каждая чешуйка, даже та, что внутри, имеет перечисленные ниже слои). Имейте ввиду, кутикула изучена вовсе не вдоль и поперёк, и про некоторые слои мы можем сказать только, что они есть. Скажем, есть исследования, которые говорят о том, что между кутикулой и кортексом есть слой, который защищает кортекс от химических воздействий, и при удалении кутикулы сильно легче кортекс красить не стало.

1. Эпикутикула
Белковый слой, удерживающий на поверхности волоса липиды: жирные кислоты и эфиры. Эпикутикула покрывает каждую клетку кутикулы снаружи, не только верхний слой, содержит большое количество серы (то есть довольно плотная) и связанные химически липиды на поверхности. Это важный слой, защищающий волосы от трения, УФ-излучения и химических воздействий (до определённой степени).
Основная угроза естественному липидному слою — конечно, мытьё головы. Современные шампуни, даже сульфатные, по идее минимизируют вред кутикуле, например, за счёт нейтрального или даже кислого pH, но всё же этот липидный слой со временем повреждается. Выработать новый слой волос не может, по тем же причинам, что он не может отрастить новый мелатонин или кератин: это кучка ороговевших клеток без жизненных процессов внутри. Липиды поставляет кожа головы, но кто же даёт себуму стечь вниз до самых кончиков? Собственно, часто «сухость» волос, в том числе и у кудряшек, это повреждённый липидный слой. Именно поэтому масла, жирные спирты в связке с катионными ПАВ типа бегетремониум хлорида (посмотрите в состав вашего кондиционера) «увлажняют» волос, от чего он становится блестящим, гладким и здоровым на вид. Я не имею ввиду, что это плохо, наоборот, кондиционер это хорощо. А вот мыть голову плохо! Ой, погодите-ка… Кстати, тут же прослеживается корреляция низкой пористости с жирной кожей головы. Хватает себума на поддержание кутикулы волоса!

Картинка отсюда. AL это А-слой, exo это экзокутикула, end — эндокутикула, а стрелочки показывают на мембранно-клеточный комплекс, который расположен между слоями кутикулы.

2. А-слой

Он сцеплен с эпикутикулой и эксзокутикулой и представляет собой наиболее прочный слой, то есть содержит большое количество цистина, аминокислоты с серой. Этот слой защищает волос от механических повреждений.

3. Экзокутикула и эндокутикула

Судя по фотографиям, между этими слоями нет чёткой границы, но зато есть визуально заметная разница в структуре белка. Их свойства также различны — экзокутикула более прочная и вместе с А-слоем несёт защиту от механических повреждений, а эндоткутикула зато гибкая и охотно впитывает воду. Когда она набухает, слои кутикулы чуть раздвигаются и между ними появляются просветы. Поэтому хорошо намоченная кутикула более проницаема.
Кроме того, эндокутикула (то есть внутреняя) больше страдает от УФ излучения, а а экзокутикула то есть внешняя, хотя она всё ещё под А-слоем и эпикутикулой) страдает от химического воздействия. То есть теперь, когда ваши волосы пострадают, вы будете знать, какая конкретно часть от чего. Утешительно.

4. Мембранно-клеточный комплекс

Приближение на комплекс между слоями кутикулы. Центральный плотный δ-слой и окружён двумя β-слоями низкой плотности. Картинка отсюда.
Это трёхслойный комплекс, который представляет собой слой прочного (относительно) протеина, окружённый двумя дилипидными (то есть жировыми) слоями. Он соединяет клетки (слои) кутикулы, а также кутикулу с кортексом. Вероятно, при повреждении наружного слоя кутикулы, он становится эпикутикулой. Наличие этого комплекса позволяет волосу не сразу впитывать воду.

Как мы видим, кутикулу от кортекса отличает в первую очередь наличие липидов. Для здорового и крепкого волоса наличие проникающих масел (и покрывающих) не повредит. Всё, что проникает кортекс, проникает и в кутикулу, и вредные, и полезные вещества.
Принципально то, что с кутикулой можно работать и на поверхностном уровне, создавая на ней искутвенные защитные слои и латая отвалившиеся кусочки.

На этом разбор строения волоса закончен, а впереди — теория о том, как это строение разрушить. А потом восстановить. Но сначала разрушить.

http://www.centrplastiki.ru/o_trihologia_s05.html
https://www.hairmaniac.ru/kak-pitat-volos-iznutri-chast-1-stroenie-volosa-korteks-medula-kutikula-i-keratina-pronicaemost-uyazvimost-lipidnyy-barer.html