Пигмент волоса

Натуральный цвет волос зависит от соотношения компонентов естественного пигмента волос. Этот естественный пигмент волос называется меланином. Его гранулы образуются во внутреннем слое волоса 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.

Распределение пигмента в структуре волоса:

1. пигмент волоса (melanin);
2. сердцевина волоса (medula);
3. корковый слой (cortex);
4. чешуйчатый слой (cuticula).

Meланин состоит из меланоцитов и в волосах (корковом слое) присутствует в двух формах:

• рассеяной — окрашивает волосы в цвета спектра от светло-золотистого до коричневого;
• зернистой — 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 волоса, 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. Осветление волос связано с увеличением количества пузырьков воздуха и уменьшением 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.

Формы пигмента

Meланин в структуре волоса представлен в двух формах: эумеланин и феомеланин, которые выглядят как зёрна пигмента различных форм и величины (меланосомы). Kакой цвет мы видим и как его характеризуем, зависит от одного фактора – отражают ли эти зёрна лучи света или нет. 

Формы гранул эумеланина и феомеланина:

1. Эумеланин — гранулы продолговатой формы пигмента тёмного цвета.
2. Феомеланин — маленькие гранулы рассеянной формы пигмента светлого цвета.

Гранулы эумеланина имеют форму немного вытянутого элипса или сферы и могут иметь разную величину.

Эумеланин имеет две модификации:

• чёрный пигмент – чистый эумеланин;
• коричневый пигмент — может иметь несколько оттенков и 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. 

Для гранул феомеланина характерен классический жёлтый или оранжевый цвет. 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 и растворяется в щелочной среде.

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 парамагнитного резонанса электронов спектрометрии (ЭПР-спектрометрия). Сигнал ЭПР-спектрометрии эумеланина имеет вид синглета, а феомеланина – вид триолета с большим максимумом в центре и двумя дополнительными максимумами с обеих сторон от основного. Устойчивость меланина к воздействию высоких температур, кислот и щелочей объясняется тем, что их электроны имеют свойства занимать различные орбиты. Кроме того, не соединившиеся электроны имеют более продолжительный жизненный период.

Химические формулы эумеланина и феомеланина:

1. мономер чёрного меланина эумеланина;
2. мономер коричневого меланина эумеланина;
3. мономер феомеланина.

Гранулы пигмента

Гранулы пигмента – меланосомы – формируются в специальных клетках — меланоцитах, которые можно рассматривать как железы одной клетки, выделяющих секрет гранул пигмента в близлежащие клетки.

Meлaнoциты – отрастающие клетки базального слоя эпидермиса нейтрального происхождения. Самая характерная черта меланоцитов – они являются гранулами цитоплазмы премеланосом, меланосом и меланина, то есть разных стадий синтеза меланина.

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 – фенилаланина и тирозина.

Синтез пигментов меланина проводит система ферментов монофенол дигидрооксифенилаланинов: 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 (по: Searle, 1968):

1. нуклеофугальный;
2. нуклеопетальный;
3. безотростковый;
4. многоядерный.

Перед тем как синтезированный меланин сконцентрируется в виде гранул, происходят такие процессы:

1. Синтезированные рибосомы тирозиназы закрепляются в структуре аппарата Гольджи, где связываются с фосфолипидами.
2. Структуры, являющиеся комплексом белок-фосфолипиды, увеличиваются до 5 мкм в диаметре – промежуточные везикулы.
3. Везикулы принимают овальную форму и увеличиваются до 0,7 х 0,3 мкм в размерах, а фосфопротеины складываются 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 её 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 кератиноцитами.

Один или другой цвет волос является конечным результатом процессов формирования меланобластов в нервном валике и их миграции в ткань эпителия, дифференциации 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.

Миграция меланобластов из нервного валика:

1. клетка нервного валика;
2. меланобласты;
3. несозревшие меланоциты;
4. меланоциты эпидермиса;
5. меланоциты дермы.

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 на окружающие ткани меланобластов.

Изменение морфологии меланоцитов происходит под влиянием третьей и седьмой группы генов, в результате – меланоциты перестают качественно выполнять функцию синтеза меланина и выделения секрета гранул пигмента, то есть гранулы меланина распределяются неравномерно в волосе, а пятнами, хотя общее количество пигмента не уменьшилось.

Гены четвёртой 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 феомеланин 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, 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, поэтому меланоцитам просто «тесно» в фолликулах пушковых волос.

По материалам B&B International Enterprises