Структура волоса — часть 1: Кутикула

Рисунок №1: Структура волос с кутикулой, кортикальными клетками, макрофибриллами, промежуточными филаментами, протофибриллами, протофиламентами и димерами.

В наше время ежедневный уход за волосами – необходимость. Чтобы сохранить и улучшить состояние волос, нужно использовать средства для ухода за ними — кондиционеры для волос, шампуни, средства для укладки волос, продукты для поддержания формы волос и так далее. При выборе надо учитывать два фактора. Первое — для правильного выбора средства для ухода за волосами всем людям, начиная от обычных потребителей, заканчивая парикмахерами и стилистами, работающими в салонах красоты, необходимо знать как устроены волосы. Второе —  практически все средства вызывают изменения в структуре волос.

Начнем с того, что у волос очень сложная структура, но если основываться на базовых понятиях, которые были собраны простым методом исследования волос, то их структура становится понятной всем людям. В целом предмет изучения структуры волоса очень интересен для ученых, и именно из-за этого в последние годы было сделано так много открытий в этом направлении. Благодаря этим исследованиям можно понять, что шутить со здоровьем волос нельзя, и нужно ответственно подходить к уходу за ними, а также к их лечению (если оно требуется), дабы избежать повреждений в будущем. Одним из главных фактов, полученных в результате исследований, который стоит запомнить это то, что у людей разных национальностей структура волос может кардинально различаться. К примеру, как у людей с Африканского континента и из Азии.

Начиная описывать структуру волос важно сказать, что они состоят из водонерастворимого белка, известного как кератин, который в свою очередь состоит из множества аминокислот. По сути волос имеет в своем составе три части: первая — кутикула, вторая — кора, а третья — медулла. Все эти три части можно было бы описать в одном блоге, но тогда бы он вышел скучным и очень длинным, поэтому я разобью их описание на три части. И так, первый блог будет посвящен кутикуле.

Кутикула

Кутикула —  это защитный слой, который образует внешнюю поверхность волос. Она состоит из нескольких слоев, преимущественно от 6 до 10, склеенных вместе с клеточным мембранным комплексом (CMC). Однако на завитой части волоса кутикула имеет всего лишь два слоя.

 Рисунок №2: Слои кутикулы

Диаметр волосяного волокна составляет около 80 микрон (мкм). Чтобы понять насколько эта малая единица измерения достаточно узнать, что микрон составляет одну миллионную часть метра в длину. У всех типов волос будет свой диаметр.  Так, к примеру, у мелких волос будет диаметр от 50 до 60 микрон, средние волосы имеют диаметр от 61 до 80 мкм, а грубые толстые волосы — диаметр от 81 до 100 мкм. На данный факт стоит обратить особое внимание т.к. для каждого типа волос подходят свои средства по уходу за ними.

Каждый слой кутикулы имеет длину около 60 микрон (мкм) и толщину 0,5 мкм. Длина области перекрытия одного слоя кутикулы над другим слоем кутикулы составляет около 5 мкм . Слишком вьющиеся волосы имеют различное количество слоев кутикулы вдоль протяженности волоса. На частях, где волосы тонкие или плоские, вдоль малой оси волос находятся всего лишь один или два слоя, а вдоль большой оси, где толстые волосы, имеется от 6 до 10 слоев. Основная и малая ось поперечного сечения волос обобщаются подзаголовком «Эллиптичность волокна». Кутикулы также богаты аминокислотой, известной как цистеин и некоторыми жирными кислотами. Внешняя часть кутикулы волос состоит из жирной кислоты, называемой 18-МЭА (18-метиликоносановая кислота), также известной как F-слой. Все 18-МЭА находятся на самой верхней поверхности кутикулы. Структура F-слоя представлена ​​на рисунке ниже.

Рисунок №3: Структура F — слоя

Мембранный комплекс клеток (CMC) кутикул: каждый слой кутикулы приклеивается к следующему слою кутикулы с помощью материала, называемого межклеточным цементом или клеточным мембранным комплексом (CMC) и его межклеточными пространствами.

Типы CMC: Существует три типа клеточных мембранных комплексов.

Первый тип CMC – находится только между  кутикулами. Второй тип CMC находится между внутренним слоем кутикулы и кортикальными клетками. Третий CMC находится между самими кортикальными клетками. Все эти три СМС  несколько отличаются по своим композициям и объясняются далее.

Существенная роль CMC между кутикулами — это сцепление одного слоя кутикулы с другим. Схематическое изображение CMC кутикулы показано на рисунке 4.

Рисунок №4: Схематическое изображение CMC кутикулы

Внешние бета-слои составляют 5 нанометров (нм) и состоят из липидов. Центральный «Дельта» слой составляет 15 нанометров (нм).

Второй тип СМС – именно тот, который обеспечивает сцепление между самым внутренним слоем кутикулы и внешними кортикальными клетками коры. Эта CMC легко повреждается при обработке растворителями, такими как вода или водосодержащими моющими средствами, а также агрессивными химикатами. В сравнении СМС «кутикула к кутикуле» получает практически такой же урон, однако не сравним с малым уроном который получает  СМС типа «кортико-кортикальной».

Третий тип CMC — это клеточный мембранный комплекс, который удерживает клетки коры склеенными. СМС кортикально-кортикальной клетки более легко повреждается с помощью растворителей по сравнению с CMC 1 типа  и CMC 2 типа. Все эти три СМС несколько отличаются по своему взаимодействию с растворителями .

Пространства внутри CMC являются предпочтительным путем проникновения и диффузии многих веществ в кору волос. Структура этих пространств в CMC пока неизвестна. Реактивные химические вещества, такие как щелочи (гидроксиды натрия и гидроксиды гуанидина), восстановители (тиогликолят аммония) и окисляющие агенты (перекись водорода), нападают на липиды CMC. Деградация CMC между кутикулами может привести к разрыву слоев кутикулы, быстро ослабить ее и она больше не сможет выполнять эффективную роль в качестве защитного средства для коры волос.

Структура кутикулы

Структура самой кутикулы довольно сложна и далее подразделяется на четыре части, такие как Эпикутикула, А-слой, Экзокутикула и Эндокутикула, как показано на рисунке 5.

Рисунок №5: Части кутикулы: Эпикутикула, А-слой, Экзокутикула и Эндокутикула

Эпикутикула — очень тонкая мембрана, которая покрывает кутикулу и является внешним слоем, как показано на рисунке 4. Она составляет от 5 до 7 нанометров (нм) толщиной. Слой очень гидрофобен по своей природе, это означает что слой не переносит воду. F-слой (18 — MEA) не очень устойчив к щелочам, окислителям и протеолитическим агентам и при длительном воздействии, существенные химические изменения имеют место и в эпикутикулярном слое, тем самым делая волосяные волокна более пористыми, увеличивая трение между фибриллами волос.

Волокна африканского происхождения имеют менее 18-МЭА на поверхности волосяных волокон по сравнению с кавказскими необработанными волосами. Вот и подтверждение примеру, о различии структуры  волос у людей разных национальностей приведенного мною в начале блога.

A-слой: слой «A» существует ниже слоя эпикутикулы. Слой «A» и слой экзоцитиля образуют около двух третей масштабной структуры кутикулы. Они очень богаты содержанием цистеина. В слое «А» содержится около 35% цистеина. Слой «А» противостоит физическим воздействиям, таким как трение  во время расчесывания, мытья и сушки; и химическим воздействиям, таким как щелочи, восстановители, окислители и протеолитические ферменты, которые в противном случае могли бы разрушить целостность волосяного волокна без кутикулы.

Экзокутикула: подслой под слоем «А» называется экзокутикулы и содержит около 15% содержимого цистина, как показано на рисунке 4. Экзокутикулы не имеют фибриллярной структуры. Слой «А» на самом деле является частью экзокутикулы, которая делятся на слой «А» и «В», именно слой «В» обычно называют экзокутикула.

Слой эндокутикулы находится рядом с слоем экзокутикулы и содержит низкое содержание цистеина — около 3%. Это механически самый слабый компонент структуры кутикулы. Существует большой пробел в содержании цистеина между эндокутикулой и «A — Слоем». Из-за очень низкого присутствия содержимого цистеина в слое эндотелия, он имеет очень мягкую и поддающуюся деформации структуру, а также значительно больше разбухает в воде, чем слои экзокутикулы. Явное выступание кутикулы во влажном состоянии связано с тем, что слой эндокутикулы набухает при смачивании водой. Переплетение волокон волос гораздо больше во влажном состоянии, и это связано с необычайным набуханием эндокутикулы. Слой эндокутикулы может легко повреждаться протеолитическими агентами и другими реакционноспособными химическими веществами, к примеру щелочами. Особым преимуществом слоя эндокутикулы может быть то, что он может обеспечить некоторую защиту, создавая подушку под более жестким внешним слоем экзокутикулы из сил, воздействующих на поверхность волос. Поэтому предполагается, что роль кутикулы заключается в том, чтобы противостоять проникновению реакционно способных и не реакционно способных химических веществ в кору волос. Эта защитная роль кутикулы является благословением для долговременной жизни волокон волос. Кутикулы волосяных волокон также противостоят изгибу волосяного волокна на 74%, из которых 66% этого сопротивления приходится на экзокутикулу, а 8% — на эндокутикулу.