第二节　毛发基础理论

一、毛发概述

头发是颅脑的最外保护层，可以保护头皮避免冻伤和日晒，对外界的冲击力可以起到一定的缓冲作用。头发也是仪表的重要组成部分，好的发型可以弥补头部和面形的不足，对于衬托人的容貌美起着十分重要的作用，在某种程度上也反映了一个人的文化素养、审美情趣，在历史上甚至也成为身份象征之一。

1. 毛发的颜色

毛发的颜色是发干细胞中色素质粒产生的，质粒主要存在于皮质中，髓质中也有质粒存在。毛发本身的自然颜色因人种和基因不同而有黑、褐、金、红等多种色调。但这些色调主要是由两种色素构成，即真黑色素和类黑色素。真黑色素和类黑色素都是在酪氨酸酶的作用下，经一系列反应由酪氨酸生成的。

真黑色素是黑色或棕色，类黑色素是黄色或红色。这两种或其中一种黑色素的数量和分配方式影响头发最后的颜色。如果类黑色素的数量很集中并靠近表皮层，那么头发的颜色就更趋向红色。发色很深很黑的人甚至可能在表皮层都有黑色素，而发色较浅的人只在皮质中才有黑色素。

在黑色素细胞内产生的色素质粒位于真皮树突尖端部位，然后，由像手指状的树突尖转移到新生成的毛发细胞中。这些质粒本身是黑色素颗粒的最终产物，原来是无色的，随着外移，所含色素会逐渐变深。这些质粒是卵圆形或棒状（长0.8～1.8μm，宽0.3～0.4μm）。毛发越黑，质粒越大，所以黑色人种的质粒比白色人种大而少。

现代人通过染发改变头发的颜色。染发剂给头发上色主要是先打开头发最外层的毛鳞片，氧化剂和着色剂通过毛鳞片打开的小孔进入头发内部；氧化剂先将头发内部的色素漂白，之后和同时进入的着色剂发生氧化反应，给头发重新上色；最后再关闭毛鳞片。

2. 毛发的种类

根据毛发结构、有无髓和有无黑色素，毛发可分为毳毛、软毛、硬毛。毳毛无毛髓和黑色素，胎生期末期即脱落；软毛有黑色素但无髓，广泛地分布在皮肤各部；硬毛既含黑色素又有毛髓，只分布在头部、腋窝和阴部。毛发根据外观又可分为三种，即长毛、短毛及毳毛。头发、胡须、阴毛及腋毛属于长毛；眉毛、睫毛、鼻毛、外耳道的毛及长在四肢、躯干的某些汗毛属于短毛；分存于面部、颈部、躯干及四肢的细软短毛称为毳毛。这三种毛发在结构、功能和生长周期方面各不相同。

（1）结构的区别　长毛和短毛的横断面在显微镜下可以看到分为三层。中心为髓质，是部分角化的多角形细胞，并含有色素；其外是几层已经角化了的表皮细胞，胞浆中含有色素颗粒及角质蛋白纤维，使毛发有一定的抗拉力，不然很容易折断；最外一层为毛小皮，是角化了的扁平细胞，无核透明，如鱼鳞状互相重叠排列，游离缘向上。毳毛则没有这么分明的层次结构，主要是由角化的扁平细胞构成的，所以比较纤细，无色素。

（2）功能的区别　长毛和短毛主要发挥对人体的保护作用。因为头皮是人体主要的散热部位之一，所以头发在冬季可以保暖；头发有遮挡和吸收紫外线的功能，在夏季可以减少日光对头皮的照射，避免发生日射病；阴毛和腋毛有减少摩擦的作用，并能吸附汗液，增加和加快汗液的挥发以降低局部温度，防止间擦疹的发生；眉毛、睫毛、鼻毛和外耳道毛分别发挥阻挡灰尘和小虫等异物进入眼、鼻和耳内的功能，是名副其实的“门神”。

（3）生长周期不同　这三种毛发各不相同的生长周期，决定了它们各自的长度，对此后面还要提到。应该顺便说明的是，这三种毛发并不是出生就都有的。胡须、阴毛和腋毛是在青春期时才出现的，因为与第二性征同时表现出来，所以又称它们为“性毛”。头发、短毛和眉毛是出生时就有的，只是都比较纤细，到青春期时生长周期较长，毛发亦较粗、较黑，青年至壮年时达到顶峰，到老年期这些毛发的生长期又较短，只有部分眉毛和外耳道毛反而变长，被称为“寿眉”。

3. 毛发的生长

毛发是由胚胎的外层演变而来的，毛发生长的速度受年龄、性别、季节以及类型等因素影响，头发的生长周期分为生长期、退行期和休止期三个阶段（见图2-2），不同的生长阶段特点如下。

生长期：也称成长型活动期，生长期可持续4～6年，甚至更长。毛发呈活跃增生状态，毛球下部细胞分裂加快，毛球上部细胞分化出皮质、毛小皮；毛乳头增大，细胞分裂加快，数目增多；原不活跃的黑色素细胞长出树枝状突，开始形成黑素。

退行期：也称萎缩期或退化期，为期2～3周。毛发积极增生停止，形成杵状毛，其下端为嗜酸性均质性物质，周围呈竹木棒状；内毛根鞘消失，外毛根鞘逐渐角化，毛球变平，不成凹陷，毛乳头逐渐缩小，细胞数目减少；黑色素细胞退去树枝状突，又呈圆形，而无活性。

休止期：又称静止期或休息期，为期约3个月。在此阶段，毛囊渐渐萎缩，在已经衰老的毛囊附近重新形成1个生长期毛球，最后旧发脱落；但同时会有新发长出再进入生长期及重复周期。在头皮部9%～14%的头发处于休止期，仅1%处于退行期，而眉毛则90% 处于休止期。

毛发处于生长周期中各期的比例随部位不同而异。生长速度也与部位有关，头发生长得最快，每天生长0.27～0.4mm，每月平均1.9cm，其他部位约每天生长0.2mm。

毛发的生长期和休止的周期性变化是由内分泌调节的，有人认为与卵巢激素有关。此外，营养成分对头发生长也有影响。

二、毛发的组织结构

毛发由角化的上皮细胞组成，如图2-3所示，以头发为例，解读毛发的组织结构。

头发的纵向切面从下向上可分为毛乳头、毛囊、毛根和毛干四个部分。头发露在皮肤外面的部分称为毛杆，埋在皮肤里面的部分称为毛根，毛根下端略微膨大的称为毛囊，毛囊下端内凹入部分称为毛乳头。在毛乳头中有来自真皮组织的神经末梢、血管和结缔组织，为头发的生长提供营养。每个毛囊都与一块立毛肌相连，当精神紧张或受到寒冷刺激时，会引起立毛肌收缩。毛囊由内、外毛根鞘及结缔组织鞘构成，前两者毛根鞘的细胞均起源于表皮而结缔组织鞘则起源于真皮。

头发的生理特征和机能主要取决于头表皮以下的毛乳头、毛囊和皮脂腺等。毛乳头是毛囊的最下端，连有毛细血管和神经末梢。在毛囊底部，表皮细胞不断分裂和分化。这些表皮细胞分化的途径不同，形成毛发不同的组分（如皮质、表皮和髓质等），最外层细胞形成内毛根鞘，在这个阶段中，细胞是软的和未角质化的。

皮脂腺的功能是分泌皮脂，皮脂经皮脂管挤出，当头发通过皮脂管时，带走由皮脂管挤出的皮脂。皮脂为毛发提供天然的保护作用，赋予头发光泽和防水性能。

立毛肌是与表皮相连的很小的肌肉器官，它取决于外界生理学的环境能舒展或收缩。温度下降或肾上腺激素的作用，可把毛囊拉至较高的位置，使毛发竖起。

把发丝切成无数个相连的横截面进行观察（图2-4），头发从外到里可分为毛表皮、毛皮质、毛髓质三个部分。

1. 毛表皮

毛表皮是由扁平角质细胞交错重叠而成的鱼鳞片状结构（见图2-5），从毛根排列到毛梢，包裹着内部的皮质，又称为表皮层或角质层。这一层保护膜虽然很薄，只占整个头发的10%～15%，但却具有重要的性能，可以保护头发不受外界环境的影响，保护皮脂并抑制水分的蒸发，保持头发乌黑、亮泽和柔韧。毛表皮由硬质角蛋白组成，膨胀力强，可有效地吸收化学成分，并抵抗外界的一些物理、化学作用。

2. 毛皮质

毛皮质位于毛表皮的内侧，由含有许多麦拉宁黑色素的细小纤维质细胞所组成。纤维质细胞的主要成分是角质蛋白，角质蛋白由氨基酸组成。许多螺旋状的原纤维组成小纤维，再由多根螺旋状的小纤维组成大纤维，然后数根螺旋状的大纤维就组成了外纤维，这也就是毛皮质的主体。毛皮质是头发的主要组成部分，几乎占头发的85%～90%，是左右着毛发性能的重要组成部分。

毛皮质中的角质蛋白含有许多半胱氨酸残基，半胱氨酸上的硫原子就相互形成二硫键，而这个二硫键结构就是维持头发弹性和形状很重要的一个结构，如果想要改变头发形状，就要改变这个结构。一般烫发会将头发定形，加入还原剂，让头发中的二硫键断裂，这时候头发被赋予了可塑性；然后再加入氧化剂，让二硫键重新建立，这时候，外面缠绕成什么形状，头发就变成什么形状。

3. 毛髓质

毛髓质位于头发的中心，是含有些许麦拉宁黑色素粒子的空洞性细胞集合体，1～2列并排且呈立方体的蜂窝状排列着。它内部有无数个气孔，这些饱含空气的洞孔具有隔热的作用，而且可以提高头发的强度和刚性，又几乎不增加头发的重量。它担负的任务就是保护头部，防止日光直接照射进来。较硬的头发含有的髓质也多，汗毛和新生儿的头发往往没有髓质。

三、毛发的化学组成

1. 化学组成及结构

毛发的主要成分是角质蛋白，约占总成分的97%。因角质蛋白是硬蛋白，不溶于水、稀中性盐、稀酸、稀碱和一般有机溶剂，所以毛发具有角质蛋白的特性。角质蛋白由多种氨基酸组成，其中以胱氨酸的含量最高，它们提供头发生长所需的营养与成分。头发中各种氨基酸原纤维通过螺旋式、弹簧式的结构相互缠绕交联，形成角质蛋白的强度和柔韧，从而赋予了头发所独有的刚韧性能。其中50%的蛋白质呈螺旋状结构，在α-螺旋结构内，分子中的亲水基团大部分分布在螺旋周围，可以形成氢键、二硫键、盐键等。头发具有氨基酸和角蛋白的双重特性，利用这些化学性质，可达到染发、卷发的目的。

2. 化学键

（1）氢键　由于肽链上具有极性，一个肽链上的羧基中的基团与另一个肽键上的酰胺基的之间可能发生作用，形成氢键：

在角蛋白分子中，在主链肽键之间，或侧链与主链、侧链与侧链之间都可以形成氢键。

氢键的键能很小，是一种较弱的相互作用，但由于在一条多肽链中可以存在多个氢键，因此，它们也是多肽结构上的一个重要稳定因素。

虽然氢键的键能较小，通常只有17～25kJ/mol，但氢键的形成对物质的性质有显著影响。在洗发时能感受到头发变软，这就是氢键的作用。当头发遇水后α-角蛋白中的氢键与水分子中的氢键相互作用，使得α-角蛋白中一些氢键断裂；又由于氢键本质上是一种静电吸引力，所以溶液温度越高（洗头水的温度越高），断裂的氢键就越多；当角蛋白的氢键打断而插入水分子的氢键时，角蛋白的螺旋结构发生了变化，分子结构变大，宏观上表现出头发在水中膨胀软化，更加弯曲；当头发变干冷却后，角蛋白内氢键重新形成，头发恢复到原来的状态。这种转变的本质是氢键键能强弱不同和氢键具有一定的方向性。

（2）二硫键　二硫键是由两个半胱氨酸氧化成胱氨酸时形成的一种化学键，可以在两个肽链之间，也可以在一条肽链的不同部位之间：

二硫键能够使两个肽链之间紧密地靠近，再与这两个多肽链存在的其他键作用，使多肽链在结构上形成大小不等的肽环结构。

在毛发的卷曲过程中，二硫键的还原断裂及其后的氧化复原起着重要的作用。烫发时，先用含有巯基乙酸根离子的溶液把头发中的过硫基还原打断成两个巯基，失去交联作用的头发变得非常柔软；再利用卷发工具把头发卷曲起来，在机械外力作用下，诱发的多肽链与多肽链之间发生了移位；再用具有氧化作用的溶液，如过氧化氢、溴酸钾、过硫酸钾的溶液，使分裂的硫基在新的形状下被固定下来，形成新的双硫键；至此毛发又恢复了原来的刚韧性，并形成持久的卷曲发型。

（3）盐键　盐键也称离子键，是多肽链的侧链间存在着带正电的氨基和带负电的羧基，相互之间的静电吸引作用而形成化学键。

除上述几种键之外，多肽链间还有非极性基团间的疏水键、范德华力的作用，它们都是分子间作用力。

（4）酰胺键　酰胺键是多肽链的主要成键形式，也称肽键。此外，肽链也可横向连接成酰胺键。

3. 毛发的物理性质

毛发的物理性质与其化学组成有关。将毛发浸泡在水中，很快就会膨胀，膨胀后的重量比未浸泡前干重多40%左右。这种遇水膨胀现象说明毛发中几乎纯粹是蛋白质成分，而脂质含量很少。毛发具有强的双向性，这是由于细胞中细丝的排列与毛发长轴平行的缘故。

（1）头发的吸水性　一般正常头发中含水量约10%。将毛发放置在空气中，毛发会吸收或放出水分以达到与水蒸气保持平衡的状态。这种平衡受环境湿度影响很大，相对湿度高时毛发的水分含量也增加。下雨时常常有发型散乱的情况，这是由于头发吸收一定的水分后，头发中的氢键被切断，发型返回原初状态。而且在冬季梳头时，会产生静电而有闪光等头发粘连的情况，这是由干燥引起头发中水分丢失造成的。由此可见毛发对湿度变化特别敏感，水分过量头发会失去支撑力，水分过少会使头发变得散乱。

毛发的长度和直径变化也与相对湿度有关。在相对湿度增大时，毛发长度所增加的幅度小，而直径增加的幅度大些。

（2）头发的弹性与张力　头发的弹性是指头发能拉到最长程度仍然能恢复其原状的能力。一根头发约可拉长40%～60%，此伸缩率取决于皮质层。构成毛发纤维的角质蛋白多肽主链的空间构型在通常状态下为α-螺旋结构，在被拉长时变为锯齿状的β-折叠结构，长度约增长2倍。在撤销拉力时又返回原来长度的α-构型，这种变化仅在拉长时发生。

头发的张力是指头发拉到极限而不致断裂的力量。一根健康的头发大约可支撑100～150g的质量。

（3）头发与pH值的关系　头发本身是没有酸碱度pH值的，常说的pH值是指头发周围的分泌物酸碱度。

一般情况下，头发的pH值在4.5～5.5之间是最佳健康状态。 因头发遇碱性表皮层会张开、分裂，头发变粗糙且呈多孔性，不能达到烫整染的效果。遇酸表皮层合拢，头发保持自然的pH值，头发质感佳、有光泽，容易达到烫整染的效果。

（4）其他性质　形状：人的头发随人种的不同可分为直发、波浪卷曲发、天然卷曲发三种。直发的横切面是圆形，波浪卷曲发横切面是椭圆形，天然卷曲发横切面是扁形，头发的粗细与头发属于直发或卷发无关。

多孔性：头发的多孔性是相对于头发能吸收水分的多寡而言的，染发、烫发均与头发的多孔性有关。

耐热性：头发的耐热性与头发的性质有密切的关系，一般加热到100℃，头发开始有极端变化，最后炭化溶解。

4. 头皮屑

（1）头皮屑产生的原因　头皮屑亦称皮脂漏溢或称头部脂漏症，俗名雪皮，由头部皮脂腺分泌和表皮角质层的新陈代谢作用所产生。

头皮屑多以春秋季较为明显。头皮屑的产生有以下几种原因：第一种是头皮上正常衰老死去的皮肤角质小碎片，它和着头皮分泌的皮脂及空气中坠落下来的尘埃一起，形成头皮屑；第二种情况是生理性新陈代谢较快，导致头皮屑产生增多；第三种情况是当因某种原因如食用大量的辛辣刺激性食物或大油多脂性食物等使皮脂的分泌溢出过多时，马拉色菌（malassezia）嗜食皮脂后会大量繁殖，同时又产生分泌物进一步刺激皮脂的分泌，并加快表皮细胞的成熟和更替速度，周而复始的恶性循环使得头皮屑也相应地增加许多；第四种情况是头皮细胞功能失调，尤其患有银屑病或内分泌异常的疾病时，也会使表皮细胞生长速度过快或皮脂病理性分泌增多，此时头皮屑也会大量产生。

此外，有时候染发、烫发、营养不均衡（体内缺乏B族维生素）、精神压力过大也可能会引起头皮屑的增多。前段中提及的前两种情况是生理性的，后两种情况是病理性的，常见到的是后两种。

① 马拉色菌的影响　马拉色菌是一种属于酵母菌类的单细胞真菌，以前曾称为糠秕孢子菌。马拉色菌通过消耗皮脂中分解出来的饱和脂肪酸而生存，而剩余的不饱和脂肪酸则渗入头皮，导致人体的炎症反应，从而引发头皮角质细胞的过度增生。

② 头皮细胞功能失调　头皮功能失调有多种原因，由马拉色菌所引起的头皮屑现象也是其中一种；此外还有老年人、营养不良、接受化学治疗或干癣的病人，也会出现头皮的细胞新陈代谢异常。即基底层细胞快速增殖，在还未完全成熟的情况下往外推出，使头皮细胞成熟过程不完全，以大量片状形式剥落。

（2）祛屑作用　目前最有效的祛屑方法是通过使用抗真菌有效成分以抑制马拉色菌。1-羟基-4-甲基-6-（2,4,4-三甲基戊基）-2（1H）-吡啶酮-2-氨基乙醇盐（1∶1）（OCT）和吡啶硫酮锌（ZPT）是目前国际上使用最普遍的两种祛屑剂。

洗发水中另一类具有极大潜在应用价值的祛屑剂是天然植物提取物。天然提取物一般富含有多种活性成分，具有抗菌消炎、提供营养、改善毛细血管血液循环等功效，而且作用温和持久，刺激性小，对于祛屑、防脱和改善发质有良好的效果，具有较好的发展前景。这类天然提取物主要有：胡桃油、防风、山茶、木瓜、积雪草、花皂素、甘草、头花千金藤等。