Химия цвета. Как работают красители на волосах. Научное объяснение окрашивания, осветления и удаления косметического цвета для парикмахеров

2.6. Липиды волоса

Липиды составляют относительно небольшую часть массы волоса, но существенно влияют на его свойства. Они участвуют в гидрофобности поверхности, блеске, скольжении, снижении трения и барьерной функции [2], [6], [7].

Часть липидов расположена на поверхности волоса, часть входит в состав межклеточного мембранного комплекса. Особенно важна 18-метилэйкозановая кислота, известная как 18-MEA. Она связана с поверхностью кутикулы и участвует в формировании гидрофобности, гладкости и характерного ощущения здорового волоса [6].

При повреждении поверхности, частичной потере 18-MEA и нарушении эпикутилы волос становится более гидрофильным, хуже отражает свет, сильнее трётся между волокнами и легче воспринимается как сухой или шероховатый [6].

Для окрашивания это важно, потому что липидная система влияет на барьерную функцию волоса. Сохранённая липидная структура помогает поддерживать более контролируемое движение воды и веществ. Нарушенная липидная структура повышает чувствительность волоса к химическим процедурам и может усиливать неравномерность результата.

2.7. Межклеточный мембранный комплекс

Межклеточный мембранный комплекс, или CMC, представляет собой систему липидно-белковых структур между клетками волоса. Он присутствует между клетками кутикулы, между клетками кортекса и в зоне соединения кутикулы с кортексом [3].

CMC выполняет несколько функций. Он участвует в сцеплении клеток, поддерживает целостность структуры волоса, влияет на движение воды и веществ, а также играет роль в механической устойчивости волокна [3].

В окрашивании CMC важен потому, что проникновение веществ в волос не происходит как простое заполнение пустот. Молекулы перемещаются через доступные пути внутри сложной структуры. Межклеточные области, участки с меньшей плотностью и изменённые зоны кутикулы могут участвовать в движении компонентов красителя [1], [3]. Повреждение CMC изменяет поведение волоса. Волос может быстрее намокать, быстрее принимать некоторые вещества, но одновременно становится менее устойчивым и менее предсказуемым при окрашивании.

2.8. Повреждение волоса и поведение красителя

Повреждённый волос часто быстрее принимает краситель, но это не означает более качественного окрашивания. Нарушение кутикулы, липидного слоя, CMC и кортекса может увеличивать проницаемость, но одновременно снижать равномерность распределения и стойкость цвета [1], [3], [4].

Особенно заметно это на осветлённых и пористых волосах. Такие участки могут быстро затемняться при тонировании, интенсивно захватывать холодные или фиолетовые нюансы, но затем быстро терять часть оттенка при мытье. Это связано не с «капризностью» волоса, а с нарушением барьерной и удерживающей способности волокна.

Повреждённая структура хуже контролирует движение воды и молекул. Поэтому окрашивание на такой основе требует большей осторожности, чем окрашивание на плотном натуральном волосе.

2.9. Окислительное повреждение при обесцвечивании

Обесцвечивание направлено на разрушение натуральных пигментов, но химическое воздействие не ограничивается меланином. Перекись водорода и персульфаты в щелочной среде могут вызывать изменения белковой структуры волоса, повреждение дисульфидных связей, образование окисленных серосодержащих групп и нарушение внутренней организации волокна [4], [5].

Рост cysteic acid — это не “нормальное осветление пигмента”, а маркер окислительного повреждения кератина. Обесцвечивание меняет не только меланин, но и белковую архи тектуру волоса. Именно поэтому маска после порошка может улучшить скольжение и блеск, но не «отменяет» факт образования cysteic acid. Она может косметически ком пенсировать поверхность, но не возвращает окисленные дисульфидные связи в исходное состояние [9].

Исследования структурных изменений после обесцвечивания показывают повреждение внутренних зон волоса и изменение белкового состава. Это подтверждает, что осветление является комплексным химическим воздействием, а не только изменением цвета [4].Образование цистеиновой кислоты является одним из признаков окислительного повреждения кератина. Её накопление связано с разрушением дисульфидных связей и снижением устойчивости волоса к дальнейшим химическим и механическим нагрузкам [5].

После сильного обесцвечивания волос становится не просто светлее. Он становится другим материалом для последующего окрашивания: более гидрофильным, более пористым, менее устойчивым и менее предсказуемым.

2.10. Почему один и тот же краситель работает по-разному

Один и тот же краситель может давать разные результаты на разных волосах из-за различий в структуре и химическом состоянии волокна.

Плотный натуральный волос может медленнее пропускать молекулы и требовать более активных условий реакции. При этом результат часто получается более устойчивым и равномерным. Пористый осветлённый волос может быстро принимать пигмент, но хуже удерживать его. На таких волосах выше риск затемнения концов, пятнистости, ухода оттенка в серость, фиолетовый или грязный тон.

Волос после многократных химических процедур может иметь нарушенную кутикулу, повреждённый CMC, окисленные белки и изменённую липидную систему. Это влияет на проникновение красителя, его распределение, стойкость и визуальную чистоту цвета [1], [3], [4].

Поэтому результат окрашивания определяется не только выбранной формулой. Он является итогом взаимодействия продукта, структуры волоса и условий процедуры.

2.11. Распространнённые упрощения

Одно из распространённых упрощений — представление о волосе как о кератиновой массе. На самом деле волос содержит не только белки. Вода, липиды, CMC, пигменты и следовые элементы также участвуют в его поведении при окрашивании [1], [2], [3].

Другое упрощение — представление о пористости как о «дырках» в волосе. Пористость лучше рассматривать как нарушение барьерной функции, изменение поверхности, межклеточных структур, способности к набуханию и удержанию веществ.

Ещё одно упрощение — идея, что повреждённый волос «лучше берёт цвет». Повреждённый волос может быстрее принимать часть пигментов, но это сопровождается снижением контроля, стойкости и равномерности результата [1], [3], [4].

Также ошибочно рассматривать уход после окрашивания только как средство для мягкости. Уход влияет на трение, блеск, потерю влаги, состояние поверхности и визуальную стабильность окрашенных волос [2], [6], [7].

2.12. Выводы

Волос является сложным химически активным материалом, состоящим из белков, воды, липидов, пигментов, следовых элементов и межклеточных структур.

Кератиновая структура определяет прочность волоса, но одновременно может повреждаться при окислительных процедурах.

Вода влияет на набухание, пластичность, диффузию и условия работы красителя.

Липиды, включая 18-MEA, участвуют в гидрофобности, гладкости, блеске, снижении трения и барьерных свойствах поверхности.

CMC является важной межклеточной системой, которая поддерживает целостность волоса и влияет на движение веществ внутри структуры.

Повреждённый волос может быстрее принимать пигмент, но хуже удерживает цвет и чаще даёт неравномерный результат.

Обесцвечивание меняет не только натуральный пигмент, но и белково-липидную структуру волоса.

Химия окрашивания невозможна без понимания состояния самого волоса. Краситель работает не сам по себе, а внутри конкретной структуры с конкретной степенью повреждения, влажности, липидной сохранности и проницаемости.

Научные источники

Robbins C. R. Chemical and Physical Behavior of Human Hair. 5th ed. Berlin, Heidelberg: Springer; 2012. DOI: 10.1007/978-3-642-25611-0.

Cruz C. F., Costa C., Gomes A. C., Matamá T., Cavaco-Paulo A. Human Hair and the Impact of Cosmetic Procedures: A Review on Cleansing and Shape-Modulating Cosmetics. Cosmetics. 2016;3(3):26. DOI: 10.3390/cosmetics3030026.

Robbins C. The cell membrane complex: three related but different cellular cohesion components of mammalian hair fibers. Journal of Cosmetic Science. 2009;60(4):437–465.

Grosvenor A. J., Deb-Choudhury S., Middlewood P. G., Thomas A., Lee E., Vernon J. A., Woods J. L., Clerens S. The physical and chemical disruption of human hair after bleaching: studies by transmission electron microscopy and redox proteomics. International Journal of Cosmetic Science. 2018;40(6):536–548. DOI: 10.1111/ics.12495.

Kuzuhara A. Evaluation of Cysteic Acid in Bleached Hair Using Infrared Spectroscopy. Journal of Fiber Science and Technology. 2016;72(1):1–7. DOI: 10.2115/fiberst.2016-0001.

Tokunaga S., Tanamachi H., Ishikawa K. Degradation of Hair Surface: Importance of 18-MEA and Epicuticle. Cosmetics. 2019;6(2):31. DOI: 10.3390/cosmetics6020031.

Coderch L., Alonso C., García M. T., Pérez L., Martí M. Hair Lipid Structure: Effect of Surfactants. Cosmetics. 2023;10(4):107. DOI: 10.3390/cosmetics10040107.

George E. Rogers. Known and Unknown Features of Hair Cuticle Structure: A Brief Review - Molecular and Biomedical Sciences, University of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia. Cosmetics 2019, 6(2), 32; https://doi.org/10.3390/cosmetics6020032

Yang F.-C., Zhang Y., Rheinstädter M. C. The structure of people’s hair. PeerJ. 2014;2. DOI: 10.7717/peerj.619. PMID: 25332846. PMCID: PMC4201279.

ГЛАВА 3. Натуральный цвет волос. Меланин, меланосомы и оптика.

3.1. Цвет волоса как результат биохимии и оптики

Натуральный цвет волоса формируется не одним веществом и не одним простым «пигментом». Он является результатом взаимодействия нескольких факторов: количества меланина, соотношения разных типов меланина, размера и распределения меланосом, плотности кортекса, состояния кутикулы и поведения света внутри волокна [1], [2], [3].

В профессиональной практике цвет волоса часто описывают через уровень глубины тона и оттеночное направление. Такая система удобна для работы с красителями, но она не объясняет биохимическую природу натурального цвета. С точки зрения химии натуральный цвет волоса определяется прежде всего меланинами — полимерными пигментами, которые синтезируются в меланоцитах волосяного фолликула и затем включаются в растущий волос [2], [4].

При этом визуальный цвет не равен только химическому составу пигмента. Волос является оптическим волокном: свет частично отражается от поверхности, частично рассеивается в кутикуле и кортексе, частично поглощается меланином. Поэтому натуральный цвет зависит не только от того, сколько пигмента находится в волосе, но и от того, как этот пигмент расположен и как сама структура волоса взаимодействует со светом [1], [5].

3.2. Где образуется натуральный пигмент

Меланин волоса синтезируется не в самом стержне волоса, а в волосяном фолликуле. В период активного роста волоса меланоциты производят меланин внутри специальных органелл — меланосом. Затем меланосомы передаются клеткам, формирующим волосяной стержень, прежде всего клеткам кортекса [2], [4].

После того как волос вышел над поверхностью кожи, его видимая часть уже не способна самостоятельно производить новый натуральный пигмент. Поэтому любые изменения цвета по длине волоса после выхода из кожи связаны не с новой биологической пигментацией, а с внешними воздействиями: ультрафиолетом, водой, окислителями, красителями, уходом, загрязнениями и механическим износом [1], [6].

Это важно для понимания окрашивания. Натуральный пигмент находится внутри сформированной структуры волоса. При осветлении или окрашивании мастер работает не с живой системой синтеза меланина, а с уже сформированным материалом, содержащим пигментные гранулы.

3.3. Два основных типа меланина

В волосах человека основными пигментами являются эумеланин и феомеланин [3], [4], [7].

Эумеланин отвечает за тёмные коричнево-чёрные оттенки. Он образован преимущественно из производных 5,6-дигидроксииндола: DHI и DHICA. Разное соотношение этих структурных единиц влияет на свойства эумеланина, его оптическое поведение и химическую устойчивость [4], [7], [8].

Феомеланин связан с жёлто-рыжими и красновато-коричневыми оттенками. Его образование зависит от участия серосодержащих соединений, прежде всего цистеина, которые вступают в путь синтеза меланина на ранних стадиях меланогенеза [4], [7].

Натуральный цвет волоса обычно формируется не одним типом меланина, а их сочетанием. Различия между чёрными, каштановыми, русыми, блондированными от природы и рыжими волосами связаны с количеством меланина, соотношением эумеланина и феомеланина, а также распределением меланосом внутри волоса [3], [7].

3.4. зумеланин

Эумеланин является основным пигментом тёмных волос. Он даёт коричнево-чёрную оптическую плотность и хорошо поглощает свет в широком диапазоне длин волн [3], [7].

В химическом отношении эумеланин представляет собой сложный, неоднородный полимер. Его структура не является регулярной, как у простого синтетического полимера. Она включает различные продукты окисления и полимеризации индольных предшественников, прежде всего DHI и DHICA [7], [8]. Эумеланин не только окрашивает волос, но и участвует в фотозащите. Тёмные волосы обычно более устойчивы к фотодеградации, чем светлые, что связано в том числе с более высокой долей эумеланина и его большей фотостабильностью по сравнению с феомеланином [6].

В окрашивании это имеет прямое значение. Волосы с высоким содержанием эумеланина требуют более выраженного окислительного воздействия для осветления. При частичном разрушении эумеланина визуальный результат не становится серым или бесцветным. Он постепенно переходит через коричневые, красно-коричневые, оранжевые и жёлто-оранжевые стадии, потому что меланин разрушается не одномоментно и не до полной прозрачности [1], [6].

3.5. Феомеланин

Феомеланин связан с более светлыми, жёлто-оранжевыми и рыжими оттенками волоса. Он образуется при участии цистеина и содержит серосодержащие структурные фрагменты [4], [7].

Рыжие волосы обычно характеризуются значительно более выраженным вкладом феомеланина по сравнению с большинством тёмных и русых волос. При этом даже рыжий цвет не следует понимать как присутствие одного «рыжего пигмента». Натуральный рыжий оттенок формируется сложной смесью феомеланина, определённого количества эумеланина, распределения пигмента и оптических свойств волокна [3], [7].

Феомеланин отличается от эумеланина не только цветом, но и фотохимическим поведением. Светлые и рыжие волосы, в которых относительная роль феомеланина выше, обычно менее устойчивы к воздействию ультрафиолета и фотодеградации [6], [7].

Для колористики это означает, что натуральная теплота волоса не сводится к простому «жёлтому» или «оранжевому» пигменту. Визуальный тёплый фон связан с биохимией меланинов, остаточными продуктами их изменения и оптикой повреждённого или осветлённого волоса.

3.6. Меланосомы: форма, размер и распределение

Меланин в волосе находится не в виде равномерно растворённой краски. Он упакован в меланосомы — пигментные гранулы, которые включаются в структуру растущего волоса [2], [4].

Размер, форма, количество и распределение меланосом влияют на видимый цвет волоса. Исследования показывают, что цветовые параметры волоса связаны не только с общим количеством меланина, но и с морфологией меланосом [8].

Меланосомы могут различаться по форме и плотности пигментации. В тёмных волосах пигментная система обычно более плотная, а суммарное содержание меланина выше. В более светлых волосах количество меланина ниже, а оптическая плотность кортекса меньше [3], [8].

Это объясняет, почему натуральный цвет нельзя точно описать только через «процент эумеланина» или «процент феомеланина». Важны не только химические типы пигмента, но и их физическая упаковка внутри волокна.

3.7. Почему натуральный цвет не является чистым цветом

Натуральный цвет волоса не является чистым спектральным цветом. Чёрный, каштановый, русый, блонд, медный и рыжий — это визуальные категории, которые возникают из сложного сочетания поглощения и рассеивания света [1], [5].

Меланин поглощает часть света. Кутикула и кортекс рассеивают свет. Поверхность волоса создаёт зеркальное отражение, которое воспринимается как блеск. Внутренние структуры волоса создают диффузное отражение, которое влияет на ощущение глубины и мягкости оттенка [1], [5].

Поэтому два волоса с похожим количеством пигмента могут выглядеть по-разному. Один может казаться более плотным и глубоким, другой — более прозрачным или мутным. На это влияет не только пигмент, но и состояние поверхности, диаметр волоса, плотность кортекса, количество микроповреждений и способность волоса отражать свет [1], [5], [8].

В профессиональном окрашивании это особенно важно. При осветлении натуральный пигмент меняется, но одновременно меняется и структура волоса. Повреждение поверхности и внутреннее рассеивание света могут делать оттенок менее чистым даже тогда, когда пигмента стало меньше.

3.8. Уровень глубины тона и биохимическая реальность

Парикмахерская шкала уровня глубины тона описывает видимую светлоту волоса. Она помогает ориентироваться в практике, но не является прямой биохимической шкалой количества меланина.

Более тёмные волосы обычно содержат больше меланина, прежде всего эумеланина. Более светлые волосы обычно содержат меньше суммарного меланина. Однако между уровнем глубины тона и химическим составом нет простой линейной зависимости [3], [8].

Один и тот же визуальный уровень может быть получен разными сочетаниями факторов: разным количеством меланина, разным соотношением эумеланина и феомеланина, разным распределением меланосом, разной толщиной волоса и разными оптическими свойствами поверхности [1], [3], [8].

Поэтому уровень глубины тона следует рассматривать как профессиональную визуальную координату, а не как точное химическое измерение. Он показывает, как волос воспринимается глазом, но не раскрывает полностью, из каких пигментов и структурных условий сформировано это восприятие.

3.9. Почему натуральный фон не равен одному пигменту

В профессиональной среде часто используют выражение «фон осветления». Оно удобно, но может создавать ошибочное представление, будто на каждом уровне существует один конкретный остаточный пигмент: красный, оранжевый или жёлтый.

На самом деле натуральный цвет волоса формируется комплексом меланинов и оптических факторов. При окислительном воздействии меланины не исчезают как единая окрашенная молекула. Они частично разрушаются, меняют структуру, образуют промежуточные продукты и изменяют способность волоса поглощать и рассеивать свет [1], [6].

Поэтому фон осветления нельзя сводить только к «остаточному феомеланину» или к одному простому пигменту. Это визуальный результат частичного изменения эумеланина, феомеланина, продуктов их окисления и оптического состояния волоса.

Эта мысль особенно важна для последующих глав. Ошибки нейтрализации часто возникают именно тогда, когда фон воспринимают как один чистый цвет, который можно механически перекрыть противоположным оттенком. В реальности мастер работает не с чистым пигментом, а со сложной оптической системой волоса.

3.10. Насыщенность, светлого и мутность натурального цвета

Натуральный цвет волоса имеет не только оттенок, но и светлоту, насыщенность и степень прозрачности. Чем выше суммарное содержание меланина, тем сильнее поглощение света и тем темнее воспринимается волос [3], [8].

Однако при уменьшении количества пигмента цвет не обязательно становится «чище». Светлые натуральные волосы могут выглядеть мягкими, прозрачными или приглушёнными, потому что в них ниже оптическая плотность пигмента, а роль рассеивания света становится заметнее [5], [8].

Повреждение поверхности и внутренней структуры дополнительно усиливает рассеивание. Поэтому после осветления волос может стать светлее, но визуально не обязательно более чистым. Он может выглядеть менее насыщенным, более матовым или «пыльным», даже если количество пигмента уменьшилось [1], [6].

Таким образом, светлота и чистота цвета — разные параметры. Уменьшение пигмента повышает светлоту, но не гарантирует высокой визуальной чистоты.

3.11. Седина как особый случай натурального цвета

Седые и белые волосы связаны с резким снижением или отсутствием меланиновой пигментации в растущем волосе. Это не означает, что седой волос является «пустым» в полном смысле. Он сохраняет белковую, липидную и межклеточную структуру, но содержит меньше пигмента или практически не содержит его [2], [9].

Оптическое восприятие седины связано не только с отсутствием меланина. Свет проходит и рассеивается в волокне иначе, чем в пигментированных волосах. Поэтому седые волосы могут выглядеть белыми, серебристыми, серыми, прозрачными или желтоватыми в зависимости от структуры, толщины, состояния поверхности, внешних загрязнений и освещения [1], [5].

В окрашивании седина отличается не только цветом. Часто она иначе взаимодействует с красителем из-за особенностей поверхности, толщины, гидрофобности, плотности и индивидуального состояния волоса. Поэтому объяснение «седина — это пустой волос» является слишком грубым и химически недостаточным.