За что отвечает кортекс в волосе
Строение волоса. Что такое дисульфидные связи?
Что такое дисульфидные связи?
Всем привет. Сегодня мы решили поговорить о том, что такое дисульфидные связи, и как они задействованы в наших процедурах выпрямления и модификации волос, таких как: ботокс, кератин, нанопластика и подобные.
Если вы хотите узнать подробнее о том, как разбираться в типах волос и какие процедуры на них можно делать, запишитесь на наш базовый курс для новичков → подробнее.
Выделяют несколько видов связей:
— вертикальные (отвечают за прочность и эластичность волос);
— горизонтальные (объединяют белковые волокна по горизонтали и отвечают за форму волос.
— поперечные (о них подробно далее).
Мы должны себе представить, что структура волос похожа на канат, состоящий из множества длинных более тонких волокон. И чтобы эти волокна не распались, они скреплены между собой всевозможными связями. Продолжая говорить о дисульфидных связях, можно сказать, что работая щелочными продуктами, такими как кератин и ботокс, или кислотными, такими как нанопластика, мы модифицируем их, убирая естественный завиток волоса, заставляя волос выпрямляться. Потом мы запаиваем волос специальными силиконами, которые содержатся в этих составах и получаем тот самый коммерческий блеск и ровное полотно.
Одним из видов защиты и восстановления волос являются холодные реконструкторы. Они помогают восстановить дисульфидные связи и сделать подложку на кутикулярный слой, чтобы силиконы при смывании уносили за собой не родной кутикулярный слой клиента, который и так может быть истончен не правильным домашних уходом, а смывали нанесенную подложку.
В холодных реконструкциях есть много замечательных продуктов, которые позволяют восстановить волосы из любой стадии повреждения. Если вам это интересно, запишитесь на курс → «Холодные реконструкции».
Строение волоса
Волосы — это просто или сложно? Просто только на первый взгляд. Строение волоса, его состав и фазы роста — это сложные, не до конца исследованные процессы.
Сегодня научные исследования достигли такой высоты, что стала возможной расшифровка генов, «ответственных» за облысение; есть разработки, касающиеся «перепрограммирования» генетической информации, ответственной за количество волос на голове, и так далее. Но для того, чтобы разобраться во всем этом, начать необходимо с минимальных знаний.
Как устроены наши волосы?
Волосяной фолликул — это корень волоса с окружающими его тканями, которые формируют наружное и внутреннее корневые влагалища и волосяно-железистый комплекс (сальная и потовая железы; мышца, поднимающая волос; кровеносные сосуды и нервные окончания).
Мы рождаемся на свет с определенным количеством таких фолликулов, величина эта генетически запрограммирована, и тут уже ничего изменить нельзя. Хотя, быть может, в недалеком будущем ученые смогут перепрограммировать эту наследственную информацию/ Cейчас для этого созданы все предпосылки.
В основании фолликула и дерме находится волосяной сосочек — соединительно-тканное образование, содержащее сосуды. Он обеспечивает питание и ростовую активность волосяного фолликула.
Каждый волосяной фолликул имеет собственную иннервацию и мускулатуру. Благодаря мышцам и нервным окончаниям волосяной фолликул обладает тактильной чувствительностью, позволяющей ему совершать едва заметные движения.
Каждый волос состоит из корня (это часть волоса, которая находится глубоко в коже) и стержня (его мы видим на поверхности и это именно то, что мы привыкли называть собственно волосами).
Строение волоса: корень
Каждый волосяной фолликул является независимым образованием со своим собственным ростовым циклом. В разных фолликулах циклы эти не синхронны, иначе у нас выпадали бы все волосы одновременно, тогда как этот процесс протекает постепенно и незаметно.
Волосы состоят в основном из кератина — белка, построенного из аминокислот. Некоторые из этих аминокислот (цистин, метионин) содержат атомы серы.
Примерный химический состав здорового волоса таков:
Если волосы подвергались химическим или физическим воздействиям или обнаруживаются те или иные заболевания, состав волос может изменяться. Например, при частом окрашивании и химической завивке, неграмотном подборе средств для ухода за волосами, злоупотреблении термическими методами укладки, волосы могут терять большой процент влаги. В этом случае необходимо подбирать качественные средства для ухода за волосами, которые восстанавливают нормальный уровень влажности.
Строение волоса: стержень
В стержне волоса различаются три концентрических слоя.
Структура и рост волос
Волосы вырастают примерно на 1-2 сантиметра за месяц. Рост нового волоса начинается от волосяного сосочка, который находится в основании волосяной луковицы.
Кожное сало, наряду с отшелушенными корнеоцитами эпидермиса и нормофлорой, является основной защитной мантией кожи. Кроме того, оно смазывает волосы, придавая им эластичность, гладкость и, в определенной степени, водоотталкивающую способность.
Жизненный цикл волоса
Срок жизни волоса колеблется от 2 до 5 лет, и этот жизненный цикл состоит из трех стадий. Каждый волосяной фолликул генетически запрограммирован на производство примерно 25-27 волос.
Каждый волос живет по своему «индивидуальному графику», а потому разные волосы в одно и то же время находятся на разных стадиях своего жизненного цикла:
Анаген — непрерывное деление клеток в матриксе волосяного фолликула, в результате которого новые клетки продвигаются к поверхности кожного покрова волосистой части головы. Это период активного роста продолжается в течение 2-5 лет.
Катаген — деление клеток матрицы замедляется и прекращается, волосяной фолликул «впадает в спячку». Волосяная луковица постепенно отсоединяется от волосяного сосочка. Эта фаза длится очень недолго — примерно 1-3 недели.
Телоген — 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. В период телогена новый волос начинает расти, а старый выпадает.
Аминокислоты
Незаменимые аминокислоты и другие питательные вещества, необходимые для роста волос, поступают в наш организм с пищей. Они разносятся по всему телу кровотоком и по капиллярам достигают волосяного сосочка. Вот почему долгий путь к здоровым волосам и здоровой коже лежит через соблюдение правильного сбалансированного режима питания.
Поперечные связи между волокнами волоса
Дисульфидные связи (связи между двумя атомати серы) являются наиболее прочными, в основном и обуславливая природную прочность волос. На разрыве и последующем восстановлении определенного процента этих связей основан принцип химической завивки волос.
Водородные связи 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.
Мы рассмотрели только основную информацию о структуре, составе и фазах жизни волоса. Как видите, простым строение волоса не назовёшь.
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
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!
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.
Список литературы:
У всех свои хобби, мои — мыть голову и писать длинные посты, в которых я могу раскрыть своё занудство и покопаться в теории. В следующих частях я планирую разобрать, как кератин разрушается, и как работает косметика для волос. Думаю, всего будет три части.