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

3.12. Распространённые упрощения

Первое упрощение — считать, что натуральный цвет волоса создаётся одним пигментом. В действительности он формируется сочетанием эумеланина, феомеланина, меланосом и оптических свойств волокна [3], [4], [8].

Второе упрощение — считать, что фон осветления является только остаточным феомеланином. Фон связан с частичным изменением разных меланинов, продуктами их окисления и светорассеиванием в волосе [1], [6].

Третье упрощение — считать уровень глубины тона химической величиной. Уровень глубины тона является визуально-практической координатой, а не прямым лабораторным измерением количества меланина.

Четвёртое упрощение — считать седой волос пустым. Седой волос может быть беден меланином, но он сохраняет структуру, барьерные свойства и индивидуальные особенности материала [1], [2].

Пятое упрощение — считать, что осветление всегда делает цвет чище. Осветление уменьшает количество пигмента, но одновременно меняет структуру волоса и может усиливать рассеивание света, матовость и приглушённость оттенка [1], [6].

3.13. Выводы

Натуральный цвет волоса определяется не одним фактором, а сочетанием биохимии меланина и оптики волокна.

Основными пигментами волоса являются эумеланин и феомеланин.

Эумеланин связан с коричнево-чёрной плотностью цвета, феомеланин — с жёлто-рыжими и красноватыми оттенками.

Меланин находится в волосе не как равномерная краска, а в форме меланосом.

Количество, тип, форма и распределение меланосом влияют на видимый цвет.

Уровень глубины тона является профессиональной визуальной координатой, но не точным химическим измерением.

Фон осветления нельзя сводить к одному остаточному пигменту. Это визуальный результат частичного изменения меланинов, продуктов их окисления и оптического состояния волоса.

Седой волос не является пустым материалом. Он беден меланином, но сохраняет структуру и может по-разному взаимодействовать с красителем.

Понимание натурального цвета требует учитывать не только пигмент, но и то, как свет проходит через волос, поглощается, рассеивается и отражается от его поверхности.

Научные источники

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

[2] Slominski A., Wortsman J., Plonka P. M., Schallreuter K. U., Paus R., Tobin D. J. Hair follicle pigmentation. Journal of Investigative Dermatology. 2005;124(1):13–21. DOI: 10.1111/j.0022-202X.2004.23528.x.

[3] Ito S., Wakamatsu K. Diversity of human hair pigmentation as studied by chemical analysis of eumelanin and pheomelanin. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. 2011;25(12):1369–1380. DOI: 10.1111/j.1468-3083.2011.04278.x.

[4] Wakamatsu K., Zippin J. H., Ito S. Chemical and biochemical control of skin pigmentation with special emphasis on mixed melanogenesis. Pigment Cell & Melanoma Research. 2021;34(4):730–747. DOI: 10.1111/pcmr.12970.

[5] Huang X., Yu P., Tan O. B., et al. Review of human hair optical properties in possible relation to melanoma development. Journal of Biomedical Optics. 2018;23(5):050901. DOI: 10.1117/1.JBO.23.5.050901.

[6] Lee W. S. Photoaggravation of hair aging. International Journal of Trichology. 2009;1(2):94–99. DOI: 10.4103/0974-7753.58551.

[7] d’Ischia M., Wakamatsu K., Cicoira F., Di Mauro E., Garcia-Borron J. C., Commo S., Galván I., Ghanem G., Koike K., Meredith P., et al. Melanins and melanogenesis: from pigment cells to human health and technological applications. Pigment Cell & Melanoma Research. 2015;28(5):520–544. DOI: 10.1111/pcmr.12393.

[8] Itou T., Ito S., Wakamatsu K. Effects of Aging on Hair Color, Melanosome Morphology, and Melanin Composition in Japanese Females. International Journal of Molecular Sciences. 2019;20(15):3739. DOI: 10.3390/ijms20153739.

[9] Tobin D. J. The cell biology of human hair follicle pigmentation. Pigment Cell & Melanoma Research. 2011;24(1):75–88. DOI: 10.1111/j.1755-148X.2010.00803.x.

[10] Roldan-Kalil J, Zueva L, Alves J, Tsytsarev V, Sanabria P, Inyushin M. Amount of Melanin Granules in Human Hair Defines the Absorption and Conversion to Heat of Light Energy in the Visible Spectrum. Photochem Photobiol. 2023 Jul-Aug;99(4):1092-1096. doi: 10.1111/php.13744. Epub 2022 Dec 13. PMID: 36403200; PMCID: PMC10199145.

ГЛАВА 4. Что реально происходит при осветлении

4.1. Осветление как химическое изменение волоса

Осветление волос часто описывают как «удаление пигмента». Это выражение удобно, но не вполне точно. При осветлении натуральный пигмент не извлекается из волоса как инородное вещество. Он подвергается химическому изменению: его молекулярная структура окисляется, разрушается, теряет способность интенсивно поглощать видимый свет и постепенно перестаёт давать прежнюю оптическую плотность [1], [2], [3].

Главная цель осветления — уменьшить способность меланина окрашивать волос. Но процесс затрагивает не только пигмент. В условиях щелочной среды, перекиси водорода и, в случае порошковых осветляющих систем, персульфатов меняется не только цвет, но и сам материал волоса: кутикула, CMC, белковые структуры, дисульфидные связи и гидрофильность волокна [1], [4], [5].

Поэтому осветление не является нейтральным «обнулением» цвета. Это химическая операция, в которой желаемое разрушение меланина всегда сопровождается определённой нагрузкой на кератиновую и липидную структуру волоса.

4.2. Почему натуральный пигмент нельзя просто «вымыть»

Меланин находится внутри волоса не как краска на поверхности. Он расположен в меланосомах, включённых в структуру кортекса. Эти пигментные гранулы являются частью сформированного волосяного волокна [1], [6].

Поэтому натуральный пигмент невозможно удалить простым шампунем, водой или поверхностной очисткой. Чтобы волос стал светлее, необходимо химически изменить меланин внутри структуры. Именно поэтому натуральный цвет осветляется окислительными системами, а не обычным очищением.

При осветлении перекись водорода и активные формы кислорода воздействуют на меланиновые структуры. Пигмент постепенно теряет способность поглощать свет в прежнем диапазоне, и волос визуально становится светлее [2], [3].

Визуальное осветление — это не исчезновение всего пигмента, а изменение его оптического поведения.

4.3. Роль щелочной среды

Перекись водорода сама по себе может участвовать в окислительных процессах, но в косметическом осветлении особенно важна щелочная среда. Щёлочь повышает набухание волоса, увеличивает его проницаемость и создаёт условия для более активного действия перекиси водорода [1], [2].

В щелочной среде часть перекиси водорода переходит в более реакционноспособные формы. Для осветления меланина важны активные кислородные частицы, включая гидропероксид-анион и радикальные формы, которые могут участвовать в окислении меланиновых структур [3].

При этом щелочная среда действует не только на пигмент. Она меняет физическое состояние волоса: повышает набухание, влияет на заряд белковых групп, облегчает проникновение компонентов и увеличивает нагрузку на кутикулу и межклеточные структуры [1], [4].

Именно поэтому щёлочность в осветлении — это не просто «открытие чешуек». Это изменение химико-физического состояния волокна и условий, в которых протекает окисление меланина.

4.4. Перекись водорода и активные формы кислорода

Перекись водорода является главным окислителем в большинстве систем осветления. Её задача — окислить структуры меланина и снизить способность пигмента поглощать свет [1], [2], [3].

Исследования механизма осветления меланина щелочной перекисью водорода показывают, что в процессе могут участвовать разные активные формы кислорода. Smith и соавторы описали роль гидроксильного радикала и гидропероксид-аниона в обесцвечивании меланина и предложили модель, согласно которой разные активные частицы могут последовательно усиливать разрушение меланиновой структуры [3].

В практическом смысле это означает, что осветление — не механическое «выедание цвета», а цепь окислительных превращений. Меланин постепенно теряет свою исходную структуру, формирует промежуточные продукты, меняет спектр поглощения и визуально становится менее тёмным.

Чем активнее окислительная система, тем быстрее может идти осветление. Но одновременно возрастает риск побочного окисления белков, липидов и других структур волоса [4], [5], [7].

4.5. Зачем в порошковых осветляющих системах нужны персульфаты

В классических порошковых осветляющих системах перекись водорода часто сочетается с персульфатами. Персульфаты усиливают окислительную способность системы и позволяют получить более выраженное осветление по сравнению с одной только перекисью водорода в кремовой краске или слабых осветляющих составах [1], [4].

Порошковые осветляющие препараты применяются тогда, когда требуется разрушить значительное количество натурального или искусственного пигмента. Их эффективность связана с более активной окислительной средой. Но высокая эффективность одновременно означает более высокую нагрузку на структуру волоса.

Исследования воздействия различных осветляющих систем на ультраструктуру волоса показывают, что более сильные порошковые осветляющие системы вызывают более выраженные структурные изменения по сравнению с более мягкими lightener-системами [5].

Поэтому порошковое осветление не следует рассматривать как «просто более сильную краску». Это отдельный тип химического воздействия с другой интенсивностью, другим уровнем риска и другими последствиями для материала волоса.

4.6. Как меняется меланин при осветлении

Меланин является сложной полимерной системой. Он не разрушается как одна простая молекула. При осветлении происходит постепенная окислительная модификация различных участков пигмента. Часть хромофорных структур разрушается, часть превращается в промежуточные продукты, часть остаётся в изменённом виде [2], [3], [6].

Именно поэтому тёмный волос при осветлении проходит через последовательные визуальные стадии: тёмно-коричневый, красно-коричневый, оранжевый, жёлто-оранжевый, жёлтый, бледно-жёлтый. Эти стадии не следует понимать как появление одного чистого пигмента на каждом уровне. Они являются визуальным результатом частичного разрушения меланинов, изменения их спектра поглощения и изменения оптики волоса [1], [2], [6].

Эумеланин и феомеланин отличаются по строению и устойчивости. Тёмные волосы с большим содержанием эумеланина требуют более активного и продолжительного окислительного воздействия для заметного осветления [2], [6]. Однако при разрушении эумеланина волос не становится сразу нейтрально-серым или бесцветным. Переход идёт через тёплые стадии, потому что изменённые продукты меланина и рассеивание света дают остаточный визуальный фон.

4.7. Фон осветления как визуальный результат, а не один пигмент

Фон осветления часто воспринимают как конкретный остаточный цвет: красный, оранжевый или жёлтый. В профессиональной работе такая шкала удобна, но химически она является упрощением.

Фон осветления — это не один пигмент. Это визуальный результат нескольких факторов:

частично изменённого эумеланина;

частично изменённого феомеланина;

продуктов окисления меланина;

остаточного поглощения света;

рассеивания света в повреждённой структуре волоса;

состояния кутикулы и кортекса.

Поэтому фон осветления нельзя полностью объяснить фразой «это остаточный феомеланин». На высоких уровнях светлоты вклад феомеланина может быть уже существенно снижен, но волос всё равно может выглядеть жёлтым из-за продуктов окисления, слабого остаточного поглощения и оптического рассеивания в осветлённом волокне [1], [2], [6].

Это объясняет, почему механическая нейтрализация по принципу «видим жёлтый — добавляем фиолетовый» не всегда даёт чистый результат. Мастер работает не с чистой жёлтой краской внутри волоса, а со сложной оптической и химической системой.

4.8. Почему осветление становится всё менее эффективным

На ранних этапах осветления изменение цвета может быть заметным: тёмный волос быстро теряет глубину, становится красно-коричневым, затем оранжевым и жёлтым. Но по мере приближения к высоким уровням светлоты дальнейшее осветление часто даёт всё меньший визуальный прирост [1], [2].

Это связано с несколькими причинами. Во-первых, значительная часть легко изменяемых хромофорных структур уже разрушена. Во-вторых, оставшиеся продукты поглощения и рассеивания могут давать слабую жёлтую или бежевую оптическую вуаль. В-третьих, дальнейшее окисление всё сильнее затрагивает не только пигмент, но и белково-липидную структуру волоса [4], [7], [8].

Поэтому на высоких уровнях светлоты появляется важное ограничение: дополнительные минуты или повторное осветление могут давать больше структурного повреждения, чем видимого улучшения цвета.

Это одна из причин, почему стремление любой ценой получить «белый» волос часто заканчивается снижением прочности, эластичности, блеска и качества полотна. Визуально волос может казаться немного светлее, но материал становится значительно хуже как основа для последующего тонирования.

4.9. Что происходит со структурой волоса при осветлении

При осветлении изменяется не только меланин. Окислительная система воздействует на белки, дисульфидные связи, липиды, CMC и поверхность волоса [1], [4], [5], [7].

Grosvenor и соавторы показали, что peroxide-persulfate bleaching вызывает не только желаемую потерю меланина, но и нецелевое окислительное повреждение по всему волокну, включая кортекс [4]. В исследовании отмечено увеличение повреждения белков и изменения, связанные с интенсивностью обесцвечивания.

Imai, изучая ультраструктуру волоса после разных осветляющих систем, показал, что более сильные осветлители вызывают выраженные изменения структуры волоса, включая изменения меланиновых гранул и повреждение внутренних участков [5].

Kuzuhara с помощью Raman-спектроскопии описал изменения дисульфидных групп и вторичной структуры кератина в чёрных волосах после обесцвечивания [8]. Эти данные важны, потому что подтверждают: осветление меняет не только видимый цвет, но и внутреннюю организацию кератинового материала.

4.10. Цистеиновая кислота как маркер окислительного повреждения

Один из важных признаков окислительного повреждения волоса — образование цистеиновой кислоты. Она появляется при окислительном расщеплении дисульфидных связей кератина [7].

Suzuta и соавторы исследовали образование цистеиновой кислоты в обесцвеченных волосах с помощью инфракрасной спектроскопии и показали, что её количество увеличивается с временем обесцвечивания. Исследование также указывает на диффузионно-контролируемый характер этого процесса [7].

Для понимания осветления это принципиально важно. Когда меланин становится светлее, одновременно может происходить необратимое изменение белковой структуры. Цистеиновая кислота не является «временным состоянием» волоса. Она отражает химическое повреждение, которое нельзя просто закрыть маской или кондиционером.

Косметический уход может улучшить ощущение, блеск, скольжение и временно снизить ломкость за счёт плёнкообразования, катионных компонентов, силиконов, аминокислот, протеинов и липидных систем. Но он не возвращает исходные дисульфидные связи в их прежнее состояние после сильного окислительного разрушения.

4.11. Почему волос после осветления становится другой основой для тонирования

Осветлённый волос отличается от натурального не только цветом. Он обычно имеет более высокую гидрофильность, изменённую поверхность, частично нарушенный липидный слой, изменённый CMC, повышенную пористость и повреждённые белковые структуры [1], [4], [7], [8].

Это меняет поведение последующего красителя. Осветлённые участки могут быстрее принимать молекулы, сильнее захватывать холодные и прямые пигменты, быстрее затемняться при тонировании и быстрее терять оттенок после мытья.

Чем сильнее осветление и повреждение, тем меньше волос ведёт себя как ровная основа. Он становится неоднородным материалом, где разные зоны длины могут иметь разную проницаемость и разную способность удерживать цвет.

Поэтому при тонировании после осветления важно учитывать не только фон, но и состояние структуры. Один и тот же фиолетовый, пепельный или бежевый оттенок может проявиться по-разному на корне, середине длины и концах, даже если визуально они близки по светлоте.

4.12. Почему осветление не равно созданию чистой базы

В профессиональной речи часто говорят «вывести в чистую базу». Это выражение удобно, но требует уточнения. Осветление может повысить светлоту волоса, но не всегда создаёт химически и оптически чистую основу.

На осветлённой базе могут сохраняться:

остаточные продукты окисления меланина;

неравномерное распределение светлоты;

повреждение кутикулы;

усиленное рассеивание света;

разная пористость по длине;

остатки искусственных пигментов, если волос ранее окрашивался;

следы металлов или косметических продуктов.

Поэтому чистая база — это не только высокий уровень светлоты. Это сочетание достаточной светлоты, равномерности, контролируемого фона и приемлемого состояния структуры.

Без этого последующее тонирование может дать мутность, серость, пятнистость, быструю потерю оттенка или неожиданное затемнение.

4.13. Распространённые упрощения

Первое упрощение — считать, что осветление просто удаляет пигмент. В действительности оно окислительно изменяет меланин и снижает его способность поглощать свет [2], [3].

Второе упрощение — считать, что фон осветления является одним остаточным пигментом. Фон является визуальным результатом изменения меланинов, продуктов окисления и оптики волоса [1], [2], [6].

Третье упрощение — считать, что чем дольше держать осветляющий состав, тем чище будет цвет. На высоких уровнях светлоты дальнейшее воздействие может давать больше повреждения, чем полезного изменения цвета [4], [7], [8].

Четвёртое упрощение — считать, что порошковый осветлитель отличается от красителя только силой. Порошковые системы с персульфатами имеют другую окислительную интенсивность и другой профиль риска [1], [4], [5].

Пятое упрощение — считать, что после осветления волос становится просто светлее. На самом деле он становится химически другим материалом, с изменённой проницаемостью, гидрофильностью, белковой структурой и оптическим поведением [4], [7], [8].

4.14. Выводы главы

Осветление волос — это окислительное изменение меланина, а не механическое удаление пигмента.

Натуральный пигмент расположен внутри структуры волоса, поэтому его нельзя просто смыть или извлечь поверхностной очисткой.

Щелочная среда повышает набухание и проницаемость волоса, а также создаёт условия для более активного действия перекиси водорода.

Перекись водорода и активные формы кислорода изменяют меланин, снижая его способность интенсивно поглощать видимый свет.

Персульфаты усиливают действие осветляющих систем, но повышают нагрузку на структуру волоса.

Фон осветления является не одним остаточным пигментом, а визуальным результатом частичного разрушения меланинов, продуктов окисления и рассеивания света.

На высоких уровнях светлоты дальнейшее осветление часто даёт всё меньший визуальный прирост и всё больший риск структурного повреждения.

Обесцвечивание затрагивает не только меланин, но и белки, дисульфидные связи, CMC, липиды и поверхность волоса.

Цистеиновая кислота является одним из маркеров необратимого окислительного повреждения кератина.

Осветлённый волос становится другой химической основой для тонирования: более чувствительной, более проницаемой и менее предсказуемой.

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.

Ito S., Wakamatsu K. Diversity of human hair pigmentation as studied by chemical analysis of eumelanin and pheomelanin. Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. 2011;25(12):1369–1380. DOI: 10.1111/j.1468-3083.2011.04278.x.

Smith R. A. W., Garrett B., Naqvi K. R., Fülöp A., Godfrey S. P., Marsh J. M., Chechik V. Mechanistic insights into the bleaching of melanin by alkaline hydrogen peroxide. Free Radical Biology and Medicine. 2017;108:110–117. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2017.03.014.

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.

Imai T. The influence of hair bleach on the ultrastructure of human hair with special reference to hair damage. Okajimas Folia Anatomica Japonica. 2011;88(1):1–9. DOI: 10.2535/ofaj.88.1.

d’Ischia M., Wakamatsu K., Cicoira F., Di Mauro E., Garcia-Borron J. C., Commo S., Galván I., Ghanem G., Koike K., Meredith P., et al. Melanins and melanogenesis: from pigment cells to human health and technological applications. Pigment Cell & Melanoma Research. 2015;28(5):520–544. DOI: 10.1111/pcmr.12393.

Suzuta K., Watanabe K., Maeda T., Ito L. Evaluation of Cysteic Acid in Bleached Hair Using Infrared Spectroscopy. Journal of Fiber Science and Technology. 2016;72(1):1–8. DOI: 10.2115/fiberst.2016-0004.

Kuzuhara A. Analysis of internal structure changes in black human hair keratin fibers resulting from bleaching treatments using Raman spectroscopy. Journal of Molecular Structure. 2013;1047:186–193. DOI: 10.1016/j.molstruc.2013.04.079.

ГЛАВА 5. Окислительный краситель. Как создаётся искусственный пигмент.

5.1. Почему окислительный краситель не является готовой краской

Окислительный краситель для волос нельзя понимать как готовый цвет, который просто переносится из тюбика на волос. В большинстве классических перманентных и демиперманентных систем конечный цвет формируется уже во время процедуры: после смешивания красителя с окислителем и нанесения состава на волосы.