PRO цвет. Том 2

Наружный слой (эпикутикула) покрыт тонким слоем ковалентно связанных липидов (жирные кислоты), преимущественно 18-метил эйкозановой кислотой (18-MEA). Этот слой представляет собой внешний ?-слой клеточного мембранного комплекса (СМС), который выступает в качестве смазки и отвечает за снижение трения чешуек и увеличения гидрофобности (Bhushan, 2010).

А-слой был впервые обнаружен и назван Роджерсом в 1959 г. (Rogers GE (1959) Electron microscope studies of hair and wool. Ann N Y Acad Sci 83:378–399). Он расположен непосредственно под клеточной мембраной эпикутикулы. Он имеет относительно однородную толщину (~ 110 нм). А-слой представляет собой наиболее сильно сшитую область волосяного волокна, сшитую как цистиновыми (дисульфидными) связями, так и изопептидными (амидными) группами, образованными между глутамином и лизином ферментом трансглутаминазой. За счёт химического состава и своего строения имеет наивысшую степень устойчивости к механическим и химическим воздействиям, а также наименьшую степень разбухания в воде.

Экзокутикула, которая прилегает непосредственно к А-слою, также имеет высокое содержание цистина (около 15–20 %). Экзокутикула была описана Swift JA как варьирующаяся от 100 до 300 нм в пределах одной и той же кутикулярной клетки и в среднем имеет толщину около 200 нм.

Самое низкое содержание цистина (около 3 %) находится в эндокутикуле (внутренняя часть чешуйки). Swift JA (Swift JA (1999) Human hair cuticle: biologically conspired to the owner’s advantage. J Cosmet Sci 50:23–47) показал, что эндокутикула человеческого волоса имеет неправильную форму, её толщина колеблется от 50 до 300 нм и в среднем составляет около 175 нм. Наименьшая степень сцепления в кутикуле находится в промежутке между наружным слоем ?-слоя и ?-слоем СМС. И именно повреждения данного слоя приводят к расслоению кутикулы, удаляя чешуйки слоя и открывая следующий слой. Эндокутикула набухает в воде значительно сильнее, чем экзокутикула, из-за разного содержания в них цистина и, следовательно, соответствующей перекрёстной связи белковой структуры (Feughelman, 1997).

Края чешуек кутикулы на только что сформировавшейся части волоса гладкие и неповреждённые. По мере того, как волос отрастает всё дальше от кожи, оболочка может повреждаться и ломаться. Такой процесс повреждения является результатом воздействия окружающей среды или средств по уходу за волосами.

1.2.3.1.1. КЛЕТОЧНО-МЕМБРАННЫЙ КОМПЛЕКС (СМС)

Клеточно-мембранный комплекс (CMC), также известный как межклеточное вещество или неороговевшая область, представляет собой клейкий материал, удерживающий вместе все компоненты волоса, такие как: перекрывающиеся клетки кутикулы, клетки кутикулы и кортекса, а также соседние клетки кортекса. Он состоит из клеточной мембраны и адгезивного белкового материала. Доля СМС оценивается примерно в 3 % (Bradbury, 1973). Считается, что клеточно-мембранный комплекс является основным путём диффузии химических агентов (Robbins, 2002).

Сам СМС имеет пластинчатую структуру, которая состоит из центрального полисахаридного ?-слоя, известного как «межклеточный цемент», окружённого двумя богатыми липидами ?-слоями. Внешний ?-слой отделяет клетки кутикулы друг от друга, однако слабо связан с ?-слоем (Bhushan, 2010). СМС в основном представляет собой неороговевший белок с низким содержанием цистина (< 2 %), но с высоким содержанием полярных серосодержащих аминокислот (цистеин, тиоцистеин). Важным липидным компонентом СМС является 18-метилэйкозановая кислота (18-МЭА), которая также появляется на внешней поверхности каждой кутикулы (верхний слой) и ковалентно связана с белковыми структурами эпикутикулы.

Общее количество липидов, экстрагируемых из волос, обычно составляет 1–9 % от веса волос (Robbins C (2002).

Кроме того, СМС также присутствует в кортексе, но с переменной толщиной ?-слоя. Также нужно отметить, что химический состав СМС кортекса и кутикулы значительно различается и требует различных типов восстановления, что подробно описано у Clarence R. Robbins (2012 г.).

Jones LN, Rivett DE (1995) представили доказательства того, что СМС кутикулы содержит 18-метилэйкозановую кислоту (18-МЭА) в своём верхнем бета-слое. Однако в СМС кортекса 18-MEA не был найден. Факты убедительно свидетельствуют о том, что СМС кутикулы имеет монослойные липиды, которые присоединены ковалентными связями (преимущественно тиоэфирными) (Negri A, Cornell H, Rivett D (1993) с некоторыми сложноэфирными или амидными связями (Evans DJ, Lanczki M (1997) к белкам клеточных мембран на одном конце, и силы притяжения Ван-дер-Ваальса – к белкам дельта-слоя на гидрофобном конце жирных кислот. Имеющиеся данные показывают, что CMC между клетками кортекса состоит из липидных бислоев, которые не связаны ковалентной связью с белковыми слоями. Липидные бислои кортекса связаны солевыми связями и полярными связями с белками клеточной мембраны кортекса на одной стороне и аналогичным образом прикреплены к дельта-слою на другой стороне бислоя.

Существует по крайней мере четыре различных, но значимых классификаций липидов волос:

• свободные (или связанные липиды);

• эндогенные (или экзогенные липиды);

• внутренние (или поверхностные липиды);

• липиды, различаемые по химической функциональной группе или химическому типу.

Связанные липиды – это те, которые нельзя удалить путём экстрагирования волос липидными растворителями, поскольку они ковалентно связаны с белками волос. Например, 18-МЭА присоединяется к белкам тиоэфирными связями, в то время как свободные липиды извлекаются из волос с помощью липидных растворителей, поскольку они удерживаются более слабыми силами связи, такими как силы притяжения Ван-дер-Ваальса, а иногда и водородными связями или даже солевыми связями. 18-МЭА является частью липидного монослоя, окружающего каждую клетку кутикулы. 18-МЭА связан с верхушкой каждой клетки кутикулы (и частью края чешуи) через тиоэфирные связи (Negri AP, Cornell HJ, Rivett DE (1993). 18-MEA образует внешний поверхностный слой поверхности девственных волос, а также верхний слой каждой клетки кутикулы. Нижняя часть каждой клетки кутикулы и часть каждого края чешуи покрыты в основном жирными кислотами с прямой цепью, которые в основном представляют собой пальмитиновую, стеариновую и другие жирные кислоты, включая некоторое количество олеиновой кислоты. Все другие липиды, которые были описаны в литературе, считаются свободными липидами, то есть липидами, которые не связаны ковалентно с белками волос, и они существуют на кутикуле, коре головного мозга и в них.

Эндогенные липиды – это липиды волос, которые образуются в результате биосинтеза в клетках матрикса волос в волосяных фолликулах, тогда как те липиды волос, которые обычно синтезируются в сальных железах, иногда называют экзогенными или внешними источниками.

Внутренние липиды – это те, которые либо проникли в волосы, либо были включены внутрь волосяного волокна (в отличие от поверхностных липидов).

Химические группы, обычно используемые для этого типа классификации, аналогичны группам, описанным в пунктах ниже.

1.2.3.2. КОРТЕКС

Кортекс или корковое вещество – средняя, самая большая, часть волоса, которая занимает до 90 % объёма волоса. Кортекс отвечает за прочность и цвет волоса и состоит из тысяч кератиновых волокон, которые связаны между собой клеточно-мембранным комплексом.

1.2.3.2.1. КЕРАТИН

Удлинённые, веретенообразные кортикальные клетки обычно имеют толщину от 1 до 6 мкм, длину примерно 100 мкм и проходят продольно параллельно оси волокна.

Полипептидные цепи переплетаются между собой, образуя нити, которые в свою очередь, навиваясь друг на друга, образуют суперспирализованную структуру – протофибриллы, а затем – микрофибриллы волоса. Микрофибриллы, объединяясь, образуют уже самые крупные волокна – макрофибриллы.

Иллюстрация №10: Нарисовано (с) Кувватов А.С.

Основной структурой внутри клеток кортекса являются плотно упакованные макрофибриллы, которые составляют до 60 % материала кортекса по массе. Макрофибриллы диаметром примерно от 0,1 до 0,4 мкм состоят из двух основных структур, микрофибриллы и матрикса, которые различаются по своей структуре и аминокислотному составу. Микрофибрилла, или промежуточная нить (IFs), представляет собой частично кристаллический волокнистый белок, который в основном состоит из ?-спиральных белков с низким содержанием цистина (6 %). Однако гелеобразный матрикс с высоким содержанием цистина (21 %) действует как среда для заливки промежуточных филаментов. Матрикс различается по количеству и составу для разных кератинов, тогда как микрофибриллы появляются последовательно от одного кератина к другому (Feughelman, 1997). Сообщалось, что соотношение матрикса и промежуточных филаментов в человеческом волосе равно единице (Robbins, 2002, Wolfram, 2003).

Длинные ороговевшие клетки кортекса образуются главным образом из длинных нитевидных белковых молекул, которые связаны друг с другом химическими мостиками. Если же волос рассматривать более подробно, то видна следующая последовательность: большое количество аминокислот, соединяясь между собой, образуют полипептидную цепь.

Обвиваясь друг вокруг друга, макрофибриллы формируют основные волокна коркового слоя. Протофибриллы состоят из пептидных спиралей (макромолекула). На этих спиралях располагается более 1000 атомов, соединяющихся в молекулярные связи (мостики). Эти мостики можно условно разделить на четыре типа, а именно:

Сульфидные мостики (состоят из двух атомов серы, поэтому не редко их называют серными связями), так называемые дисульфидные мостики (-S-S)

Эти мостики являются наиболее прочными, они возникают между двумя серосодержащими остатками аминокислоты цистеина, расположенными на соседних полипептидных цепях, поэтому их часто называют дисульфидными или цистеиновыми связями. Именно эти связи и определяют природную прочность волос.

Водородные мостики(состоят из двух атомов водорода)

Эти мостики намного слабее дисульфидных, зато их гораздо больше по количеству. Они образуются благодаря взаимному притяжению атомов водорода, расположенных на соседних полипептидных цепях. Эти связи играют важную роль в обеспечении эластичности волос. Благодаря наличию водородных мостиков, кератиновые цепи не прямые, а спиралевидные. Это состояние – Альфа-кератин, такие связи слабы и легко разрушаются при намачивании волос, применении тепла или механического воздействия, в результате чего кератин переходит в состояние Бетта-кератин. При разрушении водородных мостов волосам не наносится вреда.

Солевые мостики

Это довольно прочные связи, которые возникают между расположенными друг напротив друга положительно (кислотными) и отрицательно (щелочными) заряженными свободными группами аминокислотных остатков, входящих в состав полипептидных цепей. Эти соединения очень прочные и разрушаются только под воздействием кислот и других агрессивных соединений. Разрушение данных мостиков (связей) наносит большой вред волосам. В большинстве случаев кератиновые волокна волоса содержат два отличных друг от друга типа корковых клеток. Это паракортикальные клетки, состоящие из плотно прилегающих друг к другу макрофибрилл, и ортокортикальные клетки с менее плотно расположенными макрофибриллами, образующими узор в виде отпечатка пальца или завихрения.

Существует три типа кортикальных клеток: ортокортикальное, мезокортикальное и протокортикальное. В паракортексе и мезокортексе микрофибриллы (IFs), окружённые матриксными белками, ориентированы более параллельно оси волокон и имеют более однородную структуру, в результате чего более устойчивы к химическим и механическим воздействиям. Тогда как в ортокортексе они спирально закручены. В прямых волосах выделяют все три типа кортикальных клеток.

Однако, чем более кудрявый волос, тем больше уменьшается количество клеток мезокортикального типа. В плотно завитых африканских волосах были идентифицированы только клетки ортокортикального и паракортикального типов, и они были распределены асимметрично с клетками ортокортикального типа преимущественно на выпуклой стороне завитка и клетками паракортикального типа на вогнутой стороне.

Матрикс

Все кератиновые волокна, кроме молекулярных связей, соединены друг с другом матриксом. Матрикс – это белок, который отличается от кератинизированного белка тем, что не бывает полностью кератинизированным. Относительно общего процента содержания белка в волосе кератин по отношению к матриксу будет иметь соотношение 40 % к 60 %. Матрикс имеет высокое содержание серы и глицин-тирозина. Играет существенную роль в волосе, связывая вместе кератиновые волокна. При этом чаще всего в научных статьях встречается упоминание внутримолекулярного соединения, а не межмолекулярного.

Межмолекулярное вещество

Межмолекулярное вещество также называют клеточным мембранным комплексом (CMC). Мы с вами говорили выше, что основной функцией СМС является связующая, то есть СМС соединяет слои кутикулы и кортекса воедино, сохраняя их целостность. Межмолекулярное вещество очень часто из-за этой особенности называют цементом волоса. Некоторые исследования показали, что СМС находится диффузно в структуре волоса. Известно, что СМС состоит из ?-слоя, который в основном имеет белки с низким содержанием серы, но богатый кислыми и щелочными аминокислотами. ?-слой окружён двумя ?-слоями, которые состоят из перекрёстно связанных белков и липидов, многие из которых являются частью эпикутикулы. Многие современные авторы научных статей предполагают, что состав СМС может быть различным в кортексе и в кутикуле.

1.2.3.2.2. МЕЛАНИН

В теле человека содержится три вида пигмента:

• Нейромелани.

• Эумеланин.

• Феомеланин.

1.2.3.2.2.1. НЕЙРОМЕЛАНИН

Нейромеланин представляет собой тёмный полимерный пигмент. Точная структура и функции нейромеланина до сих пор неясны. По современным представлениям этот тип меланина, образующийся в головном мозге, по-видимому выполняет роль антиоксидантной защиты. Известно, что нейромеланин способен связываться с селективными по отношению к дофаминергическим нейронам нейротоксинами и реагировать с железом, способствуя его накоплению в нейронах и превращая ионы Fe3+ в высокореактивную форму Fe2+, что обеспечивает склонность к окислительному стрессу и способствует нейрональной смерти. Мы не будем углубляться в тему нейромелианина, поскольку он никак не связан с нашей профессией.

1.2.3.2.2.2. МЕЛАНОЦИТЫ

Пигмент волоса образуется в фолликуле в процессе митоза клеток меланоцитов и состоит из двух видов клеток – феомеланина и эумеланина. При формировании волоса у маленьких детей меланоциты могут работать неполноценно, поэтому цвет волос может быть совершенно другим, чем будет у подростка. Также во время гормональных сбоев меланоциты могут менять характер своей работы, за счёт чего будет меняться цвет волос.