Дополнительный материал.
Морфология и биология волос: правильный выбор ингредиентов.
Морфология и биология волос: правильный выбор ингредиентов.
Волосы – это природное украшение любого человека. Иметь красивые, ухоженные, блестящие волосы не откажется никто. Средства ухода за волосами – огромный сегмент косметического рынка, и именно этот сегмент рынка особенно важен для российского производителя косметики.
Чтобы создавать средства для волос, которые будут востребованы потребителями, недостаточно хорошо разбираться в химии. Полезно иметь представление о том, что же такое волосы с точки зрения биологии, как они устроены и как живут. Именно этим вопросам и посвящена настоящая статья.
Волос под микроскопом
Биологическая функция волос – это защита головы от перегревания, охлаждения, механических повреждений.
Примерный химический состав здорового волоса таков:
3–15% воды
6% липидов
1% пигмента
78–90% белка (кератина).
Основными элементами в составе волос являются
углерод (49,6%)
кислород (23,2%)
азот (16,8%)
водород (6,4%)
сера (4%).
Кроме того, в состав волоса входят магний, мышьяк, железо, фосфор, хром, медь, цинк, марганец, золото
Чтобы создавать средства для волос, которые будут востребованы потребителями, недостаточно хорошо разбираться в химии. Полезно иметь представление о том, что же такое волосы с точки зрения биологии, как они устроены и как живут. Именно этим вопросам и посвящена настоящая статья.
Волос под микроскопом
Биологическая функция волос – это защита головы от перегревания, охлаждения, механических повреждений.
Примерный химический состав здорового волоса таков:
3–15% воды
6% липидов
1% пигмента
78–90% белка (кератина).
Основными элементами в составе волос являются
углерод (49,6%)
кислород (23,2%)
азот (16,8%)
водород (6,4%)
сера (4%).
Кроме того, в состав волоса входят магний, мышьяк, железо, фосфор, хром, медь, цинк, марганец, золото
Рис 1. Строение волоса
С точки зрения физиологии, волос – это «мертвое» образование.
Волосы не снабжаются кровью, к ним не подходят нервные волокна и не присоединяются мышцы.
Поэтому при стрижке мы не чувствуем боли, волосы не кровоточат, при их натяжении не растягивается ни одна мышца.
Но, если волос – это мертвое образование, то почему волосы растут и почему, когда мы выщипываем волосы, нам больно?
Дело в том, что каждый волос состоит из двух частей: видимой части (стержня волоса) и скрытого в коже фолликула. Живые клетки, которые размножаются с огромной скоростью, находятся в волосяном фолликуле, залегающем глубоко в дерме.
Волосяной фолликул – это корень волоса с окружающими его тканями и волосяно-железистый комплекс (сальная и потовая железы; мышца, поднимающая волос; кровеносные сосуды и нервные окончания) (рис.1).
Мы рождаемся на свет с определенным количеством таких фолликулов, величина эта генетически запрограммирована, и изменить здесь что-либо на данный момент времени невозможно.
Количество волосяных фолликулов разное у людей с разным цветом волос.
В среднем, общее количество волос на голове у блондинов – 140 тыс., у шатенов – 109 тыс., у брюнетов – 102 тыс., а у рыжих – 88 тыс.
Скорость деления клеток волосяного фолликула занимает в организме человека второе место после скорости деления клеток в костном мозге. Благодаря этому волосы вырастают примерно на 1–2 сантиметра за месяц.
Каждый волосяной фолликул имеет собственную иннервацию и мускулатуру. Благодаря нервным окончаниям, волосяной фолликул обладает тактильной чувствительностью.
Мышцы, примыкающие к фолликулу, сокращаясь от страха или под влиянием холода, приподнимают волосы и сжимают кожу, в результате на коже образуются «мурашки».
В устье волосяного фолликула открывается проток сальной железы.
Эта железа вырабатывает кожное сало, которое, выделяясь в устье волосяного фолликула, смазывает растущий волос и поверхность кожи волосистой части головы.
Кожное сало создает на волосах пленку, придавая им эластичность, гладкость и водоотталкивающую способность.
Активность сальных желез контролируется половыми гормонами – андрогенами.
В устье фолликула поселяются некоторые бактерии – представители микрофлоры кожи.
Изменения микрофлоры ведут к нарушению кератинизации и появлению перхоти.
Волосы не снабжаются кровью, к ним не подходят нервные волокна и не присоединяются мышцы.
Поэтому при стрижке мы не чувствуем боли, волосы не кровоточат, при их натяжении не растягивается ни одна мышца.
Но, если волос – это мертвое образование, то почему волосы растут и почему, когда мы выщипываем волосы, нам больно?
Дело в том, что каждый волос состоит из двух частей: видимой части (стержня волоса) и скрытого в коже фолликула. Живые клетки, которые размножаются с огромной скоростью, находятся в волосяном фолликуле, залегающем глубоко в дерме.
Волосяной фолликул – это корень волоса с окружающими его тканями и волосяно-железистый комплекс (сальная и потовая железы; мышца, поднимающая волос; кровеносные сосуды и нервные окончания) (рис.1).
Мы рождаемся на свет с определенным количеством таких фолликулов, величина эта генетически запрограммирована, и изменить здесь что-либо на данный момент времени невозможно.
Количество волосяных фолликулов разное у людей с разным цветом волос.
В среднем, общее количество волос на голове у блондинов – 140 тыс., у шатенов – 109 тыс., у брюнетов – 102 тыс., а у рыжих – 88 тыс.
Скорость деления клеток волосяного фолликула занимает в организме человека второе место после скорости деления клеток в костном мозге. Благодаря этому волосы вырастают примерно на 1–2 сантиметра за месяц.
Каждый волосяной фолликул имеет собственную иннервацию и мускулатуру. Благодаря нервным окончаниям, волосяной фолликул обладает тактильной чувствительностью.
Мышцы, примыкающие к фолликулу, сокращаясь от страха или под влиянием холода, приподнимают волосы и сжимают кожу, в результате на коже образуются «мурашки».
В устье волосяного фолликула открывается проток сальной железы.
Эта железа вырабатывает кожное сало, которое, выделяясь в устье волосяного фолликула, смазывает растущий волос и поверхность кожи волосистой части головы.
Кожное сало создает на волосах пленку, придавая им эластичность, гладкость и водоотталкивающую способность.
Активность сальных желез контролируется половыми гормонами – андрогенами.
В устье фолликула поселяются некоторые бактерии – представители микрофлоры кожи.
Изменения микрофлоры ведут к нарушению кератинизации и появлению перхоти.
Волосяной фолликул – «фабрика» по производству волос
Итак, волос «зарождается» в фолликуле (рис.2).
Рост нового волоса начинается от волосяного (дермального) сосочка – соединительнотканного образования, находящегося в основании фолликула (волосяной луковицы).
Волосяной сосочек содержит в себе кровеносные сосуды, снабжающие клетки луковицы кислородом и питательными веществами, необходимыми для размножения клеток и роста волос.
Если гибнет сосочек – погибает и волос.
Клетки фолликула делятся и размножаются в зоне, прилегающий непосредственно к волосяному сосочку.
По мере продвижения к поверхности кожи головы фолликулярные кератиноциты постепенно теряют свои ядра, уплощаются и ороговевают, заполняясь твердым кератином.
Среди клеток волосяной луковицы представлены и меланоциты, которые обуславливают интенсивность цвета волос.
Чем больше меланоцитов – тем темнее волос.
С возрастом активность меланоцитов падает, в результате чего волосы седеют. Оттенок волос определяется генетическими факторами и зависит от соотношения содержания двух основных пигментов: эумеланина и феомеланина (рыжие волосы).
Таким образом, цвет волос зависит от комбинации двух факторов: соотношения пигментов и количества синтезирующих пигмент клеток.
Итак, волос «зарождается» в фолликуле (рис.2).
Рост нового волоса начинается от волосяного (дермального) сосочка – соединительнотканного образования, находящегося в основании фолликула (волосяной луковицы).
Волосяной сосочек содержит в себе кровеносные сосуды, снабжающие клетки луковицы кислородом и питательными веществами, необходимыми для размножения клеток и роста волос.
Если гибнет сосочек – погибает и волос.
Клетки фолликула делятся и размножаются в зоне, прилегающий непосредственно к волосяному сосочку.
По мере продвижения к поверхности кожи головы фолликулярные кератиноциты постепенно теряют свои ядра, уплощаются и ороговевают, заполняясь твердым кератином.
Среди клеток волосяной луковицы представлены и меланоциты, которые обуславливают интенсивность цвета волос.
Чем больше меланоцитов – тем темнее волос.
С возрастом активность меланоцитов падает, в результате чего волосы седеют. Оттенок волос определяется генетическими факторами и зависит от соотношения содержания двух основных пигментов: эумеланина и феомеланина (рыжие волосы).
Таким образом, цвет волос зависит от комбинации двух факторов: соотношения пигментов и количества синтезирующих пигмент клеток.
Рис 1. Строение корня волос.
Каждый фолликул является независимым образованием со своим собственным жизненным циклом (рис.3).
Жизненный цикл волоса состоит из трех стадий, его продолжительность колеблется от 2 до 5 лет. Каждый волосяной фолликул генетически запрограммирован на производство примерно 25–27 волос.
Жизненный цикл волоса состоит из трех стадий, его продолжительность колеблется от 2 до 5 лет. Каждый волосяной фолликул генетически запрограммирован на производство примерно 25–27 волос.
Рис 3. Жизненный цикл волос.
Первая фаза жизненного цикла волос –анаген, когда фолликул производит тонкое волосяное волокно, которое постепенно растет и становится толстым и пигментированным.
Анаген продолжается от двух до пяти лет.
Следующая фаза – катаген – фаза покоя.
Деление клеток фолликула замедляется и прекращается, волосяной фолликул «впадает в спячку». Волосяная луковица постепенно отсоединяется от волосяного сосочка. Эта фаза длится очень недолго – от одной недели до трех недель.
И последняя фаза, завершающая жизненный путь волоса – телоген. В период телогена новый волос начинает расти, а старый выпадает.
Обновление клеток прекращается приблизительно на 3 месяца (время, за которое восстанавливается связь между вновь синтезированной волосяной луковицей и волосяным сосочком, и новый волос входит в фазу анагена).
Полностью отделившаяся от дермального сосочка телогеновая луковица приобретает вытянутую форму и начинает двигаться к поверхности кожного покрова волосистой части головы.
Каждый волос живет по своему «индивидуальному графику», потому разные волосы в одно и то же время находятся на разных стадиях своего жизненного цикла: 85% волос находятся в фазе анагена, 1% в фазе катагена и 14% – в стадии телогена.
Когда соотношение между волосами, находящимися в фазах анагена и телогена, нарушается и в стадии выпадения оказываются более 14–15% волос, можно говорить о развитии облысения или алопеции.
В норме в день мы теряем в среднем до 100 волос в день.
Анаген продолжается от двух до пяти лет.
Следующая фаза – катаген – фаза покоя.
Деление клеток фолликула замедляется и прекращается, волосяной фолликул «впадает в спячку». Волосяная луковица постепенно отсоединяется от волосяного сосочка. Эта фаза длится очень недолго – от одной недели до трех недель.
И последняя фаза, завершающая жизненный путь волоса – телоген. В период телогена новый волос начинает расти, а старый выпадает.
Обновление клеток прекращается приблизительно на 3 месяца (время, за которое восстанавливается связь между вновь синтезированной волосяной луковицей и волосяным сосочком, и новый волос входит в фазу анагена).
Полностью отделившаяся от дермального сосочка телогеновая луковица приобретает вытянутую форму и начинает двигаться к поверхности кожного покрова волосистой части головы.
Каждый волос живет по своему «индивидуальному графику», потому разные волосы в одно и то же время находятся на разных стадиях своего жизненного цикла: 85% волос находятся в фазе анагена, 1% в фазе катагена и 14% – в стадии телогена.
Когда соотношение между волосами, находящимися в фазах анагена и телогена, нарушается и в стадии выпадения оказываются более 14–15% волос, можно говорить о развитии облысения или алопеции.
В норме в день мы теряем в среднем до 100 волос в день.
Стержень волоса
Стержень волоса имеет сложную конструкцию.
В центре его находится мозговое вещество, окруженное кортексом, то есть корковым слоем (около 80–90% всего объема волоса).
Снаружи волоса находится кутикула, которая покрывает кортекс, будто черепицей.
Медуллярный слой (центральное мозговое вещество) – это центральная часть волосяного стержня, которая представлена у человека не во всех видах волос. Например, в пушковых волосах медулла отсутствует.
Мозговое вещество заполняют пузырьки воздуха – благодаря этому волос обладает определенной теплопроводностью. Медулла НЕиграет никакой роли в изменении как химических, так и физических свойств волоса.
Корковый слой, или кортекс – это основное вещество волоса, которое составляет от 80 до 85% его объема.
Кортекс состоит из рогового вещества кератина, образованного склеенными ороговевшими веретеновидными клетками.
Как и любой другой белок, кератин состоит из аминокислот, которые формируют полипептидные цепи.
Эти цепи переплетаются между собой, образуя нити.
Эти нити, в свою очередь, навиваясь друг на друга, создают суперспирализованную структуру: объединяясь по несколько штук, они формируют сначала протофибриллы волоса, затем – микрофибриллы и, наконец, самые крупные волокна – макрофибриллы.
Обвиваясь друг вокруг друга, макрофибриллы формируют основные волокна коркового слоя (рис.4).
Фибриллы ориентированы параллельно оси волоса и параллельно друг другу. Они связываются между собой водородными и дисульфидными связями, которые образуют поперечные мостики между фибриллами.
Стержень волоса имеет сложную конструкцию.
В центре его находится мозговое вещество, окруженное кортексом, то есть корковым слоем (около 80–90% всего объема волоса).
Снаружи волоса находится кутикула, которая покрывает кортекс, будто черепицей.
Медуллярный слой (центральное мозговое вещество) – это центральная часть волосяного стержня, которая представлена у человека не во всех видах волос. Например, в пушковых волосах медулла отсутствует.
Мозговое вещество заполняют пузырьки воздуха – благодаря этому волос обладает определенной теплопроводностью. Медулла НЕиграет никакой роли в изменении как химических, так и физических свойств волоса.
Корковый слой, или кортекс – это основное вещество волоса, которое составляет от 80 до 85% его объема.
Кортекс состоит из рогового вещества кератина, образованного склеенными ороговевшими веретеновидными клетками.
Как и любой другой белок, кератин состоит из аминокислот, которые формируют полипептидные цепи.
Эти цепи переплетаются между собой, образуя нити.
Эти нити, в свою очередь, навиваясь друг на друга, создают суперспирализованную структуру: объединяясь по несколько штук, они формируют сначала протофибриллы волоса, затем – микрофибриллы и, наконец, самые крупные волокна – макрофибриллы.
Обвиваясь друг вокруг друга, макрофибриллы формируют основные волокна коркового слоя (рис.4).
Фибриллы ориентированы параллельно оси волоса и параллельно друг другу. Они связываются между собой водородными и дисульфидными связями, которые образуют поперечные мостики между фибриллами.
Если бы не дисульфидные мостики между остатками цистеина соседних белковых цепей, то цепи разошлись бы, и волокно распалось.
Именно поперечные дисульфидные связи между остатками цистеина придают кератину его уникальные качества: прочность и эластичность.
Но дисульфидные связи не очень прочные.
В водном растворе дисульфидные мостики могут разъединяться и соединяться в новом положении.
Например, если волос намочить и накрутить на бигуди, то перегруппировка дисульфидных связей приведет к тому, что высохший волос на какое-то время будет сохранять форму бигуди, – образуется завиток.
На разрушении дисульфидных связей и формировании новых основан принцип химической завивки волос.
Так как кортекс волоса, который главным образом обеспечивает прочность волоса, весь держится на дисульфидных связях, ему нужна дополнительная защита, в частности от воды.
Функцию защиты волос от воды и механических воздействий выполняет барьерный слой – кутикула, которая также состоит из кератина, только более прочного.
Именно поперечные дисульфидные связи между остатками цистеина придают кератину его уникальные качества: прочность и эластичность.
Но дисульфидные связи не очень прочные.
В водном растворе дисульфидные мостики могут разъединяться и соединяться в новом положении.
Например, если волос намочить и накрутить на бигуди, то перегруппировка дисульфидных связей приведет к тому, что высохший волос на какое-то время будет сохранять форму бигуди, – образуется завиток.
На разрушении дисульфидных связей и формировании новых основан принцип химической завивки волос.
Так как кортекс волоса, который главным образом обеспечивает прочность волоса, весь держится на дисульфидных связях, ему нужна дополнительная защита, в частности от воды.
Функцию защиты волос от воды и механических воздействий выполняет барьерный слой – кутикула, которая также состоит из кератина, только более прочного.
Рис 4. Строение стержня волоса. Условные обозначение: 1 — кутикула, 2 — кортекс, 3 — медуллярный слой.
Кутикула представляет собой шесть-десять перекрывающихся слоев прозрачных черепицеобразно наложенных друг на друга плоских ороговевших клеток (кератиновых чешуек), содержащих в основном аморфный кератин. В кератине кутикулы очень много цистеина.
Пространство между чешуйками кутикулы и между кутикулой и кортексом заполнено липидными пластами, напоминающими липидные пласты рогового слоя.
Однако в волосе эта прослойка организована иначе.
Если в роговом слое главную роль играют церамиды, то в волосах на первый план выступают жирные кислоты.
В основном это разветвленная 18-углеродная метилэйкозаноевая кислота, которая связывается с цистеином тиоэфирной связью.
Так как цистеина в кутикуле много, метилэйкозаноевая и другие жирные кислоты покрывают чешуйки кутикулы сплошным слоем (F-слой, или слой жирных кислот – fatty acid layer).
Анализ липидного состава волос показывает, что в состав интегральных (ковалентно связанных с цистеином) липидов входит примерно
50% жирных кислот (из них 40% метилэйкозаноевой кислоты)
40% сульфата холестерина
7% холестерина и 3% жирных спиртов.
В составе полярных липидов (формирующих межклеточные липидные пласты) обнаружено около 60% церамидов, 7–10% гликофинголипидов, 30% сульфата холестерина.
Благодаря липидной прослойке и наличию дисульфидных связей, чешуйки кутикулы волоса плотно прилегают друг к другу.
Так как все они располагаются в одной плоскости, луч света, падающий на волос, равномерно отражается от его поверхности – волос блестит.
Поэтому блеск – обязательный признак здоровых волос.
Среди средств, которые наносятся на волосы, присутствует много веществ, которые либо разрушают липидный слой (например, поверхностно–активные вещества шампуней), либо дезорганизуют дисульфидные связи.
Это приводит к ослаблению связи между чешуйками кутикулы.
В результате чешуйки кутикулы приподнимаются, зазубриваются и приходят в беспорядок.
Свет, падая на такие волосы, отражается хаотично, и волосы перестают блестеть. Кроме того, зазубренные чешуйки кутикулы соседних волос цепляются друг за друга и слущиваются при расчесывании, обнажая кортекс, в результате волос теряет прочность и легко обламывается.
Пространство между чешуйками кутикулы и между кутикулой и кортексом заполнено липидными пластами, напоминающими липидные пласты рогового слоя.
Однако в волосе эта прослойка организована иначе.
Если в роговом слое главную роль играют церамиды, то в волосах на первый план выступают жирные кислоты.
В основном это разветвленная 18-углеродная метилэйкозаноевая кислота, которая связывается с цистеином тиоэфирной связью.
Так как цистеина в кутикуле много, метилэйкозаноевая и другие жирные кислоты покрывают чешуйки кутикулы сплошным слоем (F-слой, или слой жирных кислот – fatty acid layer).
Анализ липидного состава волос показывает, что в состав интегральных (ковалентно связанных с цистеином) липидов входит примерно
50% жирных кислот (из них 40% метилэйкозаноевой кислоты)
40% сульфата холестерина
7% холестерина и 3% жирных спиртов.
В составе полярных липидов (формирующих межклеточные липидные пласты) обнаружено около 60% церамидов, 7–10% гликофинголипидов, 30% сульфата холестерина.
Благодаря липидной прослойке и наличию дисульфидных связей, чешуйки кутикулы волоса плотно прилегают друг к другу.
Так как все они располагаются в одной плоскости, луч света, падающий на волос, равномерно отражается от его поверхности – волос блестит.
Поэтому блеск – обязательный признак здоровых волос.
Среди средств, которые наносятся на волосы, присутствует много веществ, которые либо разрушают липидный слой (например, поверхностно–активные вещества шампуней), либо дезорганизуют дисульфидные связи.
Это приводит к ослаблению связи между чешуйками кутикулы.
В результате чешуйки кутикулы приподнимаются, зазубриваются и приходят в беспорядок.
Свет, падая на такие волосы, отражается хаотично, и волосы перестают блестеть. Кроме того, зазубренные чешуйки кутикулы соседних волос цепляются друг за друга и слущиваются при расчесывании, обнажая кортекс, в результате волос теряет прочность и легко обламывается.
Заключение
Рассмотрев строение волоса, мы можем ответить на многие вопросы, относительно правильного выбора ингредиентов для средств по уходу за волосами, руководствуясь основным правилом – «не навреди».
Следует учитывать, что волосы довольно активно реагируют на внешние воздействия.
Например, при частом окрашивании и химической завивке, злоупотреблении термическими методами укладки волосы могут терять большой процент влаги и липидов.
Наиболее разрушительно на структуру волос воздействует УФ – излучение, способствуя вымыванию из кутикулы цистеин-содержащего белка, который обеспечивает сцепление чешуек кутикулы, и разрушая липидную прослойку волос.
Это означает, что для защиты волос необходимо использовать УФ – фильтры и антиоксиданты.
Чтобы при мытье головы волосы не теряли необходимые для них липиды, следует выбирать мягкие системы ПАВ.
Поврежденные волосы нельзя «починить», но можно улучшить их внешний вид и предохранить от дальнейшего повреждения, используя кондиционирующие добавки, которые приглаживают чешуйки кутикулы.
В качестве таких добавок можно использовать
белки (кератин, протеины шелка, пшеницы и т.п.)
липиды (церамиды)
полисахариды (хитозан, гиалуриновая кислота)
а также любые другие макромолекулы, способные закрепляться на волосах, не утяжеляя их.
Для того чтобы кутикула вновь отрастающих волос была крепче и устойчивее к вредным воздействиям, используют проникающие масла, восстанавливающие липидный барьер волос.
Кондиционирующие добавки также эффективны для укрепления волос.
При выборе добавок для борьбы с выпадением волос, следует учитывать, что основной мишенью в этом случае являются клетки волосяных фолликулов, а также сальные железы и кожа волосистой части головы.
Здесь очень важным является время воздействия, поэтому лучше включать такого рода активы в несмываемые средства для волос.
Поскольку при андрогенной алопеции происходит прогрессирующее истончение волос, то применение кондиционирующих добавок также является оправданным.
Рассмотрев строение волоса, мы можем ответить на многие вопросы, относительно правильного выбора ингредиентов для средств по уходу за волосами, руководствуясь основным правилом – «не навреди».
Следует учитывать, что волосы довольно активно реагируют на внешние воздействия.
Например, при частом окрашивании и химической завивке, злоупотреблении термическими методами укладки волосы могут терять большой процент влаги и липидов.
Наиболее разрушительно на структуру волос воздействует УФ – излучение, способствуя вымыванию из кутикулы цистеин-содержащего белка, который обеспечивает сцепление чешуек кутикулы, и разрушая липидную прослойку волос.
Это означает, что для защиты волос необходимо использовать УФ – фильтры и антиоксиданты.
Чтобы при мытье головы волосы не теряли необходимые для них липиды, следует выбирать мягкие системы ПАВ.
Поврежденные волосы нельзя «починить», но можно улучшить их внешний вид и предохранить от дальнейшего повреждения, используя кондиционирующие добавки, которые приглаживают чешуйки кутикулы.
В качестве таких добавок можно использовать
белки (кератин, протеины шелка, пшеницы и т.п.)
липиды (церамиды)
полисахариды (хитозан, гиалуриновая кислота)
а также любые другие макромолекулы, способные закрепляться на волосах, не утяжеляя их.
Для того чтобы кутикула вновь отрастающих волос была крепче и устойчивее к вредным воздействиям, используют проникающие масла, восстанавливающие липидный барьер волос.
Кондиционирующие добавки также эффективны для укрепления волос.
При выборе добавок для борьбы с выпадением волос, следует учитывать, что основной мишенью в этом случае являются клетки волосяных фолликулов, а также сальные железы и кожа волосистой части головы.
Здесь очень важным является время воздействия, поэтому лучше включать такого рода активы в несмываемые средства для волос.
Поскольку при андрогенной алопеции происходит прогрессирующее истончение волос, то применение кондиционирующих добавок также является оправданным.