Основой волоса является белок (твёрдый кератин – полное название: конденсационный полимер аминокислот), который в зависимости от различных факторов составляет 65–95 % всего веса волоса. Другие компоненты включают воду (до 15 %), являющуюся важной составляющей физических и косметических свойств волоса, а также липиды (до 6 %), пигмент (меланин – отвечает за цвет волос, до 2 %) и редкие (следовые) элементы. Белки волос состоят из длинных цепей, смешанных 20 или 50 различных аминокислот. Каждая цепочка имеет спиралевидный вид. Среди многочисленных аминокислот в волосе человека цистин является наиболее важной аминокислотой. Каждая цистиновая группа содержит две аминокислоты цистина, соединённые между собой при помощи двух атомов серы, образующие очень прочное соединение, известное как дисульфидная связь. В дополнение к дисульфидным связям в волосе в большом количестве имеются пептидные связи, а также СО- и NH-группы, создающие водородные связи между соседними цепочками макромалекул.

Волос условно можно разделить на три основные части: медулла, кортекс и кутикула.

Кутикула – внешняя защитная часть волоса. Состоит из 6–10 перекрывающих друг друга слоёв длинных клеток. Каждая клетка кутикулы имеет толщину примерно 0,5 мкм, открытую поверхность около 5 мкм и длину примерно 45–60 мкм. В человеческом волосе кутикула обычно имеет толщину 5–10 чешуек, так что толщина слоя кутикулы находится в диапазоне от 2,5 до 5 мкм.

Кутикула является барьером для сорбции больших молекул, таких, как красители, и защищает кору от физического повреждения (Feughelman, 1997). Кутикула имеет чешуйчатую структуру, в которой клетки кутикулы прикреплены к концу корня и направлены к кончику волосяного волокна, как черепица на крыше. Каждая клетка кутикулы состоит из ряда субламеллярных слоёв. Это:

• Эпикутикула.

• А-слой.

• Экзокутикула.

• Эндокутикула.

• СМС.

Иллюстрация №6: Нарисовано (с) Кувватов А.С.

Иллюстрация №7: (с) Кувватов А.С.

Наружный слой (эпикутикула) покрыт тонким слоем ковалентно связанных липидов (жирные кислоты), преимущественно 18-метил эйкозановой кислотой (18-MEA). Этот слой представляет собой внешний β-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 β-слоя и δ-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.

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 δ-слоя, известного как «межклеточный цемент», окружённого двумя богатыми липидами β-слоями. Внешний β-слой отделяет клетки кутикулы друг от друга, однако слабо связан с δ-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 δ-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.