Кератин волос

Кератин — это фибриллярный белок, составляющий основу рогового слоя кожи, волос и ногтей у млекопитающих. Он относится к классу структурных белков и выполняет преимущественно механические и защитные функции. В волосах кератин является главным строительным материалом, определяющим их прочность, эластичность и устойчивость к внешним воздействиям.

Химическое строение и свойства

Кератин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из аминокислот, среди которых преобладают цистеин, серин, треонин и глицин. Ключевой особенностью кератина является высокое содержание серосодержащей аминокислоты цистеина. Цистеиновые остатки образуют между собой дисульфидные мостики (связи -S-S-), которые придают белку жёсткость и нерастворимость в воде. Именно эти связи определяют форму волоса (прямые, волнистые или кудрявые) и его устойчивость к химическим воздействиям.

Кератин классифицируют на два основных типа:

• α-кератин — характерен для млекопитающих. Его молекулы свёрнуты в α-спирали, которые объединяются в протофибриллы, а те — в микрофибриллы. Этот тип белка образует волосы, шерсть, ногти и рога.
• β-кератин — встречается у рептилий и птиц. Его молекулы имеют складчатую β-структуру, что обеспечивает большую жёсткость и устойчивость к растяжению (например, в чешуе, перьях, когтях).

В волосе человека кератин присутствует в виде α-кератина. Он нерастворим в воде, слабых кислотах и щелочах, но разрушается под действием сильных окислителей и восстановителей, а также при длительном нагреве выше 200 °C.

Структура волоса

Волос состоит из трёх основных слоёв, каждый из которых содержит кератин в различной форме и концентрации:

1. Кутикула — наружный слой, состоящий из 6–10 слоёв плоских кератиновых чешуек, наложенных друг на друга как черепица. Чешуйки кутикулы защищают внутренние слои от механических повреждений и потери влаги.
2. Кортекс — средний слой, составляющий до 90 % массы волоса. Он образован плотно упакованными кератиновыми фибриллами, которые придают волосу прочность и эластичность. В кортексе также содержатся пигментные гранулы меланина, определяющие цвет волос.
3. Медулла — внутренний слой, присутствующий не во всех волосах (часто отсутствует в тонких пушковых волосах). Состоит из рыхлых кератиновых клеток и воздушных полостей.

Синтез кератина в организме

Кератин синтезируется в клетках волосяного фолликула — кератиноцитах. Процесс начинается в матриксе волосяной луковицы, где стволовые клетки активно делятся и дифференцируются. По мере продвижения к поверхности кожи клетки заполняются кератином, теряют ядро и органеллы, превращаясь в мёртвые роговые чешуйки. Этот процесс называется кератинизацией (ороговением). Скорость роста волос составляет в среднем 0,3–0,5 мм в сутки, а продолжительность жизни волоса — от 2 до 7 лет.

Факторы, влияющие на состояние кератина

На качество и структуру кератина волос влияют как внутренние, так и внешние факторы:

• Генетика — определяет тип волос (прямые, волнистые, кудрявые), их толщину и предрасположенность к ломкости.
• Питание — недостаток белка, цинка, железа, витаминов группы B (особенно биотина) и серы может привести к ослаблению кератиновых связей и ухудшению состояния волос.
• Гормональный фон — изменения уровня эстрогенов, андрогенов и тиреоидных гормонов влияют на цикл роста волос и их структуру.
• Внешние воздействия — ультрафиолетовое излучение, высокая температура (фены, утюжки, плойки), химические процедуры (окрашивание, завивка, выпрямление) разрушают дисульфидные связи и повреждают кутикулу.
• Механические повреждения — частое расчёсывание, трение о подушку, тугие причёски.

Кератин в косметологии и медицине

Кератин широко используется в производстве косметических средств и медицинских препаратов. Основные направления применения:

Кератиновое выпрямление волос

Кератиновое выпрямление (или кератиновая завивка) — это салонная процедура, при которой на волосы наносят состав, содержащий гидролизованный кератин, формальдегид или его аналоги, а затем фиксируют результат горячим утюжком. Под воздействием тепла кератин проникает в кутикулу и кортекс, заполняя повреждённые участки и восстанавливая дисульфидные связи. В результате волосы становятся гладкими, блестящими и менее пушистыми. Эффект сохраняется от 2 до 6 месяцев.

Средства для ухода за волосами

Гидролизованный кератин (кератин, расщеплённый на короткие пептиды) добавляют в шампуни, кондиционеры, маски и сыворотки. Он способен временно восстанавливать повреждённые участки кутикулы, уменьшать ломкость и придавать волосам блеск. Однако эффект от таких средств носит временный характер и смывается после нескольких мытьёв.

Медицинские применения

В медицине кератин используется для создания биосовместимых материалов:

• Кератиновые губки и плёнки — применяются в качестве раневых покрытий для ускорения заживления ожогов и ран.
• Кератиновые гидрогели — используются в тканевой инженерии для восстановления нервной ткани и хрящей.
• Кератиновые нити — исследуются как материал для хирургических швов.

Кератин и заболевания

Нарушение синтеза или структуры кератина может приводить к различным заболеваниям волос и кожи:

• Монилитрикс — генетическое заболевание, при котором волосы имеют чёткообразные утолщения и легко ломаются. Связано с мутацией в гене кератина.
• Трихотиодистрофия — редкое наследственное заболевание, при котором волосы становятся ломкими из-за дефицита серосодержащих аминокислот.
• Андрогенетическая алопеция — выпадение волос, связанное с чувствительностью фолликулов к дигидротестостерону. Хотя кератин напрямую не участвует в патогенезе, состояние волос при этом заболевании ухудшается из-за истончения кортекса.
• Псориаз и экзема — воспалительные заболевания кожи, которые могут влиять на рост и качество волос, но не затрагивают структуру кератина напрямую.

Интересные факты

• Волосы человека на 95–97 % состоят из кератина, остальное — вода, липиды и пигменты.
• Дисульфидные связи в кератине можно разорвать с помощью тиогликолевой кислоты (используется в химической завивке) и восстановить с помощью окислителя.
• Кератин волос чрезвычайно устойчив к разложению — именно поэтому волосы сохраняются в археологических находках и могут быть использованы для анализа ДНК.
• В некоторых культурах кератин волос использовался для изготовления кистей, щёток и даже в качестве удобрения.

Источники

• Alberts B. et al. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. — Garland Science, 2014.
• Robbins C. R. Chemical and Physical Behavior of Human Hair. 5th ed. — Springer, 2012.
• Feughelman M. Mechanical Properties and Structure of Alpha-Keratin Fibres. — UNSW Press, 1997.
• Балашов А. В., Козлова Т. В. Структура и функции кератинов // Успехи биологической химии. — 2015. — Т. 55.
• Gniadecka M. et al. Water and protein structure in photoaged and chronically aged skin // Journal of Investigative Dermatology. — 1998.