Содержание
- Физическое строение волоса:
1 часть - СТРОЕНИЕ СТЕРЖНЯ ВОЛОСА
2 часть - СТРОЕНИЕ ФОЛЛИКУЛА (КОРЕНЬ ВОЛОСА)
Пигментация волос
Цвет волос натуральных волос определяется содержанием в них пигмента - меланина. Чем выше уровень меланина, тем темнее естественный цвет волос. На цветовое впечатление от волос у человека влияет и замеченная зависимость количества волосяных луковиц на волосистой части головы от цвета волос: в среднем, наименьшую плотность растительности на голове имеют рыжеволосые индивиды (от 60 тыс. до 80 тыс. волос), а наибольшую брюнеты (до 200 тыс. волос)
Натуральный цвет волос зависит от соотношения компонентов естественного пигмента волос. Этот естественный пигмент волос называется меланин . Его гранулы образуются во внутреннем слое волос среди кератиновых волокон. Соотношение гранул меланина и определяет уникальный натуральный цвет волос. Гранулы меланина прикрепляются к кератиновым волокнам с помощью органических соединений – липидов, которые как бы цементируют гранулы пигмента в структуре волоса. Цвет волос зависит от количества и типа пигмента, формы пигментных гранул и их распределения в структуре волоса. Диапазон натуральных оттенков волос варьирует начиная от иссиня-чёрного (очень высокое содержание пигмента) до серебристо-белого цвета (почти полное отсутствие пигмента). Все другие натуральные оттенки волос получаются в результате промежуточных концентраций пигмента.
Естественные пигменты волос образуются в специализированных клетках — меланоцитах, находящихся глубоко внутри фолликула — в волосяной луковице.
Меланоциты
Меланоциты представляют собой специализированные клетки, вырабатывающие пигмент. Они прячутся в волосяном сосочке среди зародышевых клеток матрицы волоса и тесно контактируют с лежащей в основании мембраной.
Меланоциты присутствуют также во внешней оболочке корня и развиваются из участка плода, отвечающего за нервную систему, а именно нервного гребня.
Пигмент в волосяной луковице
Меланоциты выделяют крошечные хранилища пигментов, которые называются меланосома-ми. В этом процессе участвует целый комплекс протеинов, а регулируется он энзимом тиро-синазой и другими вспомогательными энзимами.
Меланосомы распределены в цитоплазме меланоцитов близ клеточных ядер. Меланоци-ты имеют тончайшие удлинения — дендриты, по которым меланосомы с пигментами попадают в клетки зародышевого эпителия волосяной луковицы.
Пигмент предназначен для клеток стержня. Он не попадает в клетки, образующие кутикулу и внутреннюю оболочку корня, хотя гранулы пигмента были обнаружены в кутикуле человеческих волос, растущих в носу!
В случае черных волос поставка меланина (внутри меланосом) в волосяную луковицу продолжается, пока не будет достигнута однородная плотность повсюду. Более светлые волосы накапливают меланин не так сильно, а у блондинов меланосомы не столь однородны. В светлых (блондинистых) и рыжих волосах они имеют сферическую форму, а в черных и каштановых — эллипсоидную.
Не совсем ясно, выбирают ли меланоциты для поставки пигмента определенные клетки, и если да, то каким образом происходит отбор. На срезе некоторых волос видны четко чередующиеся пигментные линии, однако в других волосах с той же самой головы подобного узора не наблюдается.
Ближе к концу активной фазы роста (анаген), когда клетки волос (кератиноциты) еще не утратили способности к делению, меланоциты втягивают дендриты и перестают образовывать меланосомы. Это сигнал о переходе в транзитную фазу роста (катаген) и об уменьшении активности энзима тирозиназа. Луковица выпавшего волоса не содержит пигмента.
В период фазы покоя (телоген) волосообразовательного цикла меланоциты остаются на поверхности сосочка, но в сжатой форме.
НАУЧНЫЕ СВЕДЕНИЯ _
Поскольку выработка и передача меланосом происходит только в период анагена, взаимодействие между меланоцитами и матричными клетками происходит, по-видимому, через систему нейрогуморальной регуляции.
Генетическая регуляция процесса пигментации волоса включается, по-видимому, в нескольких поворотных пунктах его «направляющей». Она влияет на поведение основных пигментных клеток: на миграцию меланоцитов в волосяную луковицу, на последующее клеточное деление и на взаимодействие меланоцитов и дермы в волосяной луковице.
Meланоциты формируются из меланобластов (премеланосом), которые в свою очередь развиваются в ранний период развития эмбриона из клеток нервных валиков. Меланобласты располагаются в волосяных фолликулах во время формирования дермального сосочка волоса, кроме того в каждый волосяной фолликул попадает не менее 4-5 меланобластов. Эти две разновидности меланина формируются из ароматических ядер аминокислот – фенилаламина и тирозина. Синтез пигментов меланина проводит система ферментов монофенолдигидрооксифенилаланинов: редуктаза окиси кислорода с ионами меди. Переход тирозина в DOFА и из DOFA в DOFA-chinon проходит после воздействия фермента тирозиназы на кислород, а далее формирование пигмента проходит на «автопилоте» (при помощи автокатализатора) без ферментов. Предположительно для формирования меланина нужно не менее восьми ферментов, которые катализировали бы каждый переход.
Типы меланоцитов: 1 - нуклеофугальный; 2 - нуклеопетальный; 3 - без отростковый; 4- многоядерный.
Биосинтез меланина
Аминокислота тирозин является исходным пунктом биосинтеза меланина. Тирозин преобразуется в эумеланины и феомеланины при участии ферментов:
- тирозиназы — ее активность определяет количество синтезированного пигмента
- TRP1 (Tyrosine Related Protein 1) и TRP2 (Tyrosine Related Protein 2), которые участвуют в образовании эумеланинов и влияют, таким образом, на интенсивность окраски кожи.
Перед тем как синтезированный меланин сконцентрируется в виде гранул, происходят такие процессы:
1. Синтезированные рибосомы тирозиназы закрепляются в структуре аппарата Гольда, где связываются с фосфолипидами.
2. Структуры, являющиеся комплексом белок-фосфолипиды, увеличиваются до 5 мк в диаметре – промежуточные вейкулы.
3. Вейкулы приниают овальную форму и увеличиваются до 0,7х00,3 мк в размерах, а фосфопротеины складвываются в них как бусинки в ряд. Эти структуры называются премеланосомами.
4. Происходит синтез и накопление меланина в премеланосомах. Вместо рядов «бусинок» внутри премеланосом формируются ламелярные структуры – это меланосомы.
5. В меланосомах исчезает активность тирозиназы и ее внутренняя часть превращается в очень плотную гомогенную массу. Это заключительная стадия формирования гранул меланина.
Отростки меланоцитов проникают в соседние клетки эпителия – в кератиноциты, которые их поглощают и наполняются пигментом. Система пигментов меланина состоит из миллиона меланоцитов, каждый из них функционально связан примерно с 36 кераноцитами.
Один или другой цвет волос является конечным результатом процессов формирования меланобластов в нервном валике и их миграции в ткань эпителия, диференциации клеток пигмента, синтеза клеток меланина, перехода гранул пигмента из меланоцитов в кератиноциты и других процессов. То есть цвет волос зависит от множества изменяющихся факторов процесса формирования пигмента: структуры пигмента, количества, формы и распределения гранул меланина, свойств меланоцитов и типа волос. Кроме того, свойства клеток, которые окружают меланоциты, тоже имеют влияние на пигмент. В свою очередь, присутствие меланоцитов в соответствующих тканях зависит от процессов формирования в нервных валиках и миграции меланобластов из них.
Гены одной группы напрямую воздействуют на пигменты в нервном валике, в результате интенсивность формирования меланобластов уменьшается, если изменяется их форма и функции из-за нарушения состояния здоровья организма. Гены другой группы, после того как они покинули нервный валик, могут останавливать окончание дифференциации меланобластов, в результате в волосах будет отсутствовать пигмент – они будут белыми, или могут значительно уменьшить количество популяции меланобластов, в результате чего волосы потеряют интенсивность натурального цвета. Гены шестой группы влияют на эти процессы в связи с изменением условий окружащих ткани меланобластов. Изменение морфологии меланоцитов происходит под влиянием третьей и седьмой группы генов, в результате – меланоциты перестают качественно выполнять фунцию синтеза меланина и выделение секрета гранул пигмента, т.е. гранулы меланина рапределяются неравномерно в волосе, а пятнами, хотя общее количество пигмента не уменьшилось. Гены четвертой группы влияют на белковую матрицу меланосом и воздействуют на изменение формы и величины гранул меланина. Некоторые этапы синтеза меланина контролируются генами пятой и восьмой групп. Мутация этих генов может замедлить или остановить синтез меланина или переключить синтез Эумеланина в Феомеланини и наоборот. Предположительно там, где вырастают белые волосы, меланобласты попадают в эпидермис в среднем на два дня позже нежели в волосы с пигментом, что нарушает клеточную взаимосвязь между меланоцитами и волосяными фолликулами и является причиной остановки проникновения пигмента и разрушения меланоцитов. Известно, что волосы на голове, под мышками, в области гениталий, рук и ног толще чем пушковые волосы, кроме того, они темнее и ярче. Это объясняется тем, что меланоциты представляют собой довольно-таки большие клетки, а волосяные фолликулы пушковых волос очень маленькие и их диаметр чуть больше диаметра меланоцитов – становится ясно, что меланоцитам просто «тесно» в фолликулах пушковых волос.
Пигментация стержня волоса
Гранулы меланина, находящиеся в стержне волоса, сосредоточены в основном по его периферии.
Структура меланинов
Меланины образуются в результате цепочки реакций, при которых происходит все большее окисление аминокислоты тирозин. Меланины существуют в виде гранул длиной 0,2—0,8 микрон, которые составляют менее 3 % массы волоса.
Природные меланины, как правило, связаны с протеинами и не могут быть переведены в растворимую форму без разрушения. Они очень легко связываются с другими красителями и, по-видимому, не образуют кристаллических структур.
Традиционно меланины принято считать аморфными полимерами (с очень длинной молекулой и большой молекулярной массой), включающими карбоксильные группы.
Более современная теория гласит, что меланины представляют собой агрегацию крошечных базовых частиц, так называемых протомо-лекул, размером около 15 ангстрем. Эти частицы состоят из 5-ДГИ/ДГИКА олигомера (полимера с небольшой молекулярной массой), молекулы которого сами организуются в трех-или четырехслойную структуру.
Меланин, очевидно, представляет собой агрегацию протомолекул. Проходящий через эти молекулы свет частично поглощается и отражается, образуя цвет, который мы видим
Причины пигментации волос
Цвет волос зависит от многих факторов, самыми главными из которых являются генетические и эндокринные. Цвет волос зависит от количества красящего вещества — пигмента, который находится в клетках коркового слоя волоса, и от количества воздуха которым «разбавлен» пигмент. Определяющую роль играют два пигмента: эумеланин (чёрно-коричневый цвет) и феомеланин (жёлто-красный), сочетание которых даёт всю гамму цветовых оттенков. Эти пигменты синтезируются специальными клетками (меланоцитами) только в соответствии с генетической программой.
Меланоциты — специализированные клетки кожи, вырабатывающие пигмент меланин, определяющий конституционную меланиновую пигментацию.
Активность меланоцитов неравномерна по массе волос, поэтому отдельные волосы одного человека различаются по цвету, что и придаёт волосам естественный вид, который отличается от вида равномерно окрашенных волос. Со временем активность клеток, производящих пигмент, падает, и волосы вырастают неокрашенными, то есть седыми.
Меланин
Меланин (от греч. melas , род. п. melanos «чёрный»)— природный тёмный пигмент, содержащийся в коже, волосах, сетчатке глаза, тканях, шерсти, содержится в сепии и др.
Meланин состоит из меланоцитов, в волосах (корковом слое) присутствует в двух формах: рассеяной и зернистой. Меланин рассеяной формы окрашивает волосы в цвета спектра от светло-золотистого до коричневого, меланин зернистой формы окрашивает волосы в цвета спектра от медно-коричневого до иссине-чёрного. На оттенок волос влияют пузырьки воздуха, которые присутствуют в сердцевине и в корковом слое волоса. Если меланоцитов больше чем пузырьков воздуха, цвет волос будет тёмно-коричневый или медный, либо чёрный. Чем больше пузырьков воздуха содержится в корковом слое и сердцевине волос, тем светлее будет их натуральный цвет. Неповторимость натурального оттенка волос в основном состоит из соотношения этих двух сортов меланоцитов. В период полового созревания и ближе к старости активность меланоцитов уменьшается и цвет волос может меняться – может темнеть или светлеть до белого цвета, светление связано с увеличением количества пузырьков воздуха и уменьшения количества меланоцитов в структуре. При отсутствии пигмента волосы выглядят белыми. Независимо от возраста белые (седые) волосы могут появиться при нарушении деятельности нервной системы. Меланин нерастворим в воде, но достаточно хорошо растворяется в щелочной или концентрированной кислотной среде. Окончательно химический состав меланина до сих пор не установлен из-за слишком большого разнообразия и сложности структуры полимеров. Природные меланины не имеют кристаллизированной структуры и состоят из трёхмерного полимера индол-5, хинон-6.
Почему волосы натуральные не бывают синими?
В волосах есть два красителя (гранулы пигмента), синтезирующихся на основе природного пигмента меланина: эумеланин (черный или коричневый) и феомеланин (желтый или красный). Кроме того, в волосе есть микроскопические пузырьки воздуха. Итоговый цвет волос зависит от соотношения этих пигментов и количества воздушных пузырьков. Синего цвета из этого сочетания никак не может получиться. И зеленого тоже.
Гранулы меланина
Гранулы эумеланина имеют форму немного вытянутого элипса или сферы и могут иметь разную величину. Эумеланин имеет две модификации: чёрный пигмент – чистый эумеланин, и коричневый пигмент (коричневый пигмент может иметь несколько оттенков), который является как бы мутирующей формой эумеланина. Гранулы эумеланина придают волосам механическую упругость и прочность высшего уровня (чешуйчатый роговой слой натуральных чёрных и тёмно-коричневых волос имеет значительно большую устойчивость к механическим повреждениям нежели роговой слой натуральных светлых волос). Этот пигмент присутствует как в коже так и в волосах, это сложный азотосодержащий гетерополимер. Эумеланин не растворяется в органических растворах и очень устойчив к химическому воздействию.
Основная задача эумеланина - придание волосам уровня глубины тона и цветового направления. Чем больше (количественно) и насыщеннее эумеланин, тем темнее волос, чем его меньше, тем светлее волос (в очень светлых волосах эумеланин практически отсутствует).
Феомеланин состоит из очень маленьких молекул, округлой формы, двух цветов - красный и желтый.
Гранулы феомеланина имеют круглую форму и они намного мельче гранул эумеланина. Неполимерные гранулы меланосом матрикса феумеланина представляют собой пигментные клетки цитоплазмы в диффузном состоянии, что и делает волосы, состоящие из большинства или полностью из гранул феомеланина, менее устойчивыми к механическим воздействиям. Исследованиями учёных доказано, что структура клеток чешуек волос с большим содержанием гранул феомеланина имеет меньшую прочность по сравнению со структурой таких же самых клеток содержащих гранулы эумеланина. Кроме того, феомеланин формируется только в волосах, и его почти не обнаружено в коже. Этот пигмент содержит соединения серы, растворяется в щелочной среде.
Удалить феомеланин из волос очень сложно. Полное удаление феомеланина практически невозможно и в большинстве случаев ведет к разрушению волоса.
Химический анализ Эумеланина (Eumelanin: DOFA – 3,4-dioksifenilalanin) и Феомеланина (Feomelanin: DOFA-chinon – 3,4-dioksifenilalanin-chinon) показал, что эти две составляющие пигмента отличаются тем, что в молекуле Феомеланина есть цистеиновая аминокислота, а в Эумеланине – нет. Кроме того, они отличаются не только физическими и химическими свойствами, но и по сигналам парамагнетического резонанса электронов спектрометрии (PER-спектрометрия). Сигнал PER-спектрометрии Эумеланина имеет вид синглета, а Феомеланина – вид триолета с большим максмимумом в центре и двумя дополнительными максимумами с обеих сторон от основного. Устойчивость меланина к воздействию высоких тепмератур, кислот и щелочей объясняется тем, что их электроны имеют свойства занимать различные орбиты, кроме того несоединившиеся электроны имеют более продолжительный жизненный период.
Химические формулы Эумеланина и Феомеланина: 1 - мономер чёрного меланина Эумеланина; 2 - мономер коричнневого меланина Эумеланина; 3 - мономер Феомеланина.
Пигментация от детства до старости
У некоторых людей происходит синтез обоих видов пигмента, причем в разных концентрациях в зависимости от периода жизни. Этим объясняется причина резкого изменения цвета волос от рождения человека до его смерти. Волосы новорожденных — так называемые первичные волосы (или пушковые) — как правило, темные и густые. Спустя некоторое время они выпадают и заменяются волосами, которые имеют другую окраску и текстуру.
В детстве волосы, окрашенные феомеланином, часто бывают светлыми до белизны, но с возрастом они обычно темнеют
Так, например, детские волосы коренных жителей Австралии могут оказаться неожиданно светлыми. Потемнение происходит лишь с достижением половой зрелости. Окрашенные феомеланином волосы детей часто бывают светлыми до белизны, но в процессе взросления становятся каштановыми.
Светло-каштановые юношеские волосы, которые содержат больше эумеланина, также темнеют при наступлении половой зрелости.
С возрастом обычно появляется все больше и больше неокрашенных волос. К глубокой старости этот процесс затрагивает практически всех. Значение седины мы обсудим немного позже.
Отражение света и цвет волос
Цвета всех натуральных пигментов согласно Системе положения цвета лежат в узком диапазоне, соответствующем отражению волн с длиной от 586 до 606 нм.
Степень отражения варьируется от 2 % для черных волос до 90 % у альбиносов. Ниже приведено несколько любопытных фактов. • «Девственные», или натуральные, каштановые волосы (то есть волосы, которые никогда не подвергались окраске или тепловой завивке) имеют лишенную выразительных признаков поглощающую способность в ви димом диапазоне световых волн, которая постепенно увеличивается к красному сектору. Кривая, как показывает график, варьирует в зависимости от цвета волос (темно-каштановые, каштановые, светло-каштановые). Волосы без меланина (натуральные белые волосы) имеют другой характер кривой. • Натуральные рыжие волосы: кривые спектрального отражения по сравнению с каштановыми волосами демонстрируют явное увеличение в красном конце спектра.
Потеря волосами пигмента
Пигменты, находящиеся в созревающем волосяном стержне, естественным образом переносятся к поверхности, чтобы «явить себя при свете дня». Их действие видно сразу.
Со временем, однако, под влиянием ультрафиолета происходит разрушение аминокислот, образующих меланосомы, и, как следствие, некоторая потеря цвета. Чаще всего это можно наблюдать на длинных волосах, причем химическая обработка только подчеркивает данный процесс.
Разница между цветом основания волос и их кончиками хорошо заметна. Она связана с естественным и ускоренным старением.
«Выгорание» волос
Стержень волоса с возрастом может постепенно терять свой цвет. Это часть так называемого процесса выгорания, при котором происходит ухудшение структуры волос и потеря ими есте ственных физиологических функций, что сказывается на пигментации.
Мы все наблюдали, что происходит, если волосы долго находятся под воздействием солнечного света. Они «выгорают» по всей длине, а со временем может даже произойти повреждение стержня и кутикулы.