第二節　毛發基礎理論

一、毛發概述

頭發是顱腦的最外保護層，可以保護頭皮避免凍傷和日曬，對外界的沖擊力可以起到一定的緩沖作用。頭發也是儀表的重要組成部分，好的發型可以彌補頭部和面形的不足，對于襯托人的容貌美起著十分重要的作用，在某種程度上也反映了一個人的文化素養、審美情趣，在歷史上甚至也成為身份象征之一。

1. 毛發的顏色

毛發的顏色是發干細胞中色素質粒產生的，質粒主要存在于皮質中，髓質中也有質粒存在。毛發本身的自然顏色因人種和基因不同而有黑、褐、金、紅等多種色調。但這些色調主要是由兩種色素構成，即真黑色素和類黑色素。真黑色素和類黑色素都是在酪氨酸酶的作用下，經一系列反應由酪氨酸生成的。

真黑色素是黑色或棕色，類黑色素是黃色或紅色。這兩種或其中一種黑色素的數量和分配方式影響頭發最后的顏色。如果類黑色素的數量很集中并靠近表皮層，那么頭發的顏色就更趨向紅色。發色很深很黑的人甚至可能在表皮層都有黑色素，而發色較淺的人只在皮質中才有黑色素。

在黑色素細胞內產生的色素質粒位于真皮樹突尖端部位，然后，由像手指狀的樹突尖轉移到新生成的毛發細胞中。這些質粒本身是黑色素顆粒的最終產物，原來是無色的，隨著外移，所含色素會逐漸變深。這些質粒是卵圓形或棒狀（長0.8～1.8μm，寬0.3～0.4μm）。毛發越黑，質粒越大，所以黑色人種的質粒比白色人種大而少。

現代人通過染發改變頭發的顏色。染發劑給頭發上色主要是先打開頭發最外層的毛鱗片，氧化劑和著色劑通過毛鱗片打開的小孔進入頭發內部；氧化劑先將頭發內部的色素漂白，之后和同時進入的著色劑發生氧化反應，給頭發重新上色；最后再關閉毛鱗片。

2. 毛發的種類

根據毛發結構、有無髓和有無黑色素，毛發可分為毳毛、軟毛、硬毛。毳毛無毛髓和黑色素，胎生期末期即脫落；軟毛有黑色素但無髓，廣泛地分布在皮膚各部；硬毛既含黑色素又有毛髓，只分布在頭部、腋窩和陰部。毛發根據外觀又可分為三種，即長毛、短毛及毳毛。頭發、胡須、陰毛及腋毛屬于長毛；眉毛、睫毛、鼻毛、外耳道的毛及長在四肢、軀干的某些汗毛屬于短毛；分存于面部、頸部、軀干及四肢的細軟短毛稱為毳毛。這三種毛發在結構、功能和生長周期方面各不相同。

（1）結構的區別　長毛和短毛的橫斷面在顯微鏡下可以看到分為三層。中心為髓質，是部分角化的多角形細胞，并含有色素；其外是幾層已經角化了的表皮細胞，胞漿中含有色素顆粒及角質蛋白纖維，使毛發有一定的抗拉力，不然很容易折斷；最外一層為毛小皮，是角化了的扁平細胞，無核透明，如魚鱗狀互相重疊排列，游離緣向上。毳毛則沒有這么分明的層次結構，主要是由角化的扁平細胞構成的，所以比較纖細，無色素。

（2）功能的區別　長毛和短毛主要發揮對人體的保護作用。因為頭皮是人體主要的散熱部位之一，所以頭發在冬季可以保暖；頭發有遮擋和吸收紫外線的功能，在夏季可以減少日光對頭皮的照射，避免發生日射病；陰毛和腋毛有減少摩擦的作用，并能吸附汗液，增加和加快汗液的揮發以降低局部溫度，防止間擦疹的發生；眉毛、睫毛、鼻毛和外耳道毛分別發揮阻擋灰塵和小蟲等異物進入眼、鼻和耳內的功能，是名副其實的“門神”。

（3）生長周期不同　這三種毛發各不相同的生長周期，決定了它們各自的長度，對此后面還要提到。應該順便說明的是，這三種毛發并不是出生就都有的。胡須、陰毛和腋毛是在青春期時才出現的，因為與第二性征同時表現出來，所以又稱它們為“性毛”。頭發、短毛和眉毛是出生時就有的，只是都比較纖細，到青春期時生長周期較長，毛發亦較粗、較黑，青年至壯年時達到頂峰，到老年期這些毛發的生長期又較短，只有部分眉毛和外耳道毛反而變長，被稱為“壽眉”。

3. 毛發的生長

毛發是由胚胎的外層演變而來的，毛發生長的速度受年齡、性別、季節以及類型等因素影響，頭發的生長周期分為生長期、退行期和休止期三個階段（見圖2-2），不同的生長階段特點如下。

生長期：也稱成長型活動期，生長期可持續4～6年，甚至更長。毛發呈活躍增生狀態，毛球下部細胞分裂加快，毛球上部細胞分化出皮質、毛小皮；毛乳頭增大，細胞分裂加快，數目增多；原不活躍的黑色素細胞長出樹枝狀突，開始形成黑素。

退行期：也稱萎縮期或退化期，為期2～3周。毛發積極增生停止，形成杵狀毛，其下端為嗜酸性均質性物質，周圍呈竹木棒狀；內毛根鞘消失，外毛根鞘逐漸角化，毛球變平，不成凹陷，毛乳頭逐漸縮小，細胞數目減少；黑色素細胞退去樹枝狀突，又呈圓形，而無活性。

休止期：又稱靜止期或休息期，為期約3個月。在此階段，毛囊漸漸萎縮，在已經衰老的毛囊附近重新形成1個生長期毛球，最后舊發脫落；但同時會有新發長出再進入生長期及重復周期。在頭皮部9%～14%的頭發處于休止期，僅1%處于退行期，而眉毛則90% 處于休止期。

毛發處于生長周期中各期的比例隨部位不同而異。生長速度也與部位有關，頭發生長得最快，每天生長0.27～0.4mm，每月平均1.9cm，其他部位約每天生長0.2mm。

毛發的生長期和休止的周期性變化是由內分泌調節的，有人認為與卵巢激素有關。此外，營養成分對頭發生長也有影響。

二、毛發的組織結構

毛發由角化的上皮細胞組成，如圖2-3所示，以頭發為例，解讀毛發的組織結構。

頭發的縱向切面從下向上可分為毛乳頭、毛囊、毛根和毛干四個部分。頭發露在皮膚外面的部分稱為毛桿，埋在皮膚里面的部分稱為毛根，毛根下端略微膨大的稱為毛囊，毛囊下端內凹入部分稱為毛乳頭。在毛乳頭中有來自真皮組織的神經末梢、血管和結締組織，為頭發的生長提供營養。每個毛囊都與一塊立毛肌相連，當精神緊張或受到寒冷刺激時，會引起立毛肌收縮。毛囊由內、外毛根鞘及結締組織鞘構成，前兩者毛根鞘的細胞均起源于表皮而結締組織鞘則起源于真皮。

頭發的生理特征和機能主要取決于頭表皮以下的毛乳頭、毛囊和皮脂腺等。毛乳頭是毛囊的最下端，連有毛細血管和神經末梢。在毛囊底部，表皮細胞不斷分裂和分化。這些表皮細胞分化的途徑不同，形成毛發不同的組分（如皮質、表皮和髓質等），最外層細胞形成內毛根鞘，在這個階段中，細胞是軟的和未角質化的。

皮脂腺的功能是分泌皮脂，皮脂經皮脂管擠出，當頭發通過皮脂管時，帶走由皮脂管擠出的皮脂。皮脂為毛發提供天然的保護作用，賦予頭發光澤和防水性能。

立毛肌是與表皮相連的很小的肌肉器官，它取決于外界生理學的環境能舒展或收縮。溫度下降或腎上腺激素的作用，可把毛囊拉至較高的位置，使毛發豎起。

把發絲切成無數個相連的橫截面進行觀察（圖2-4），頭發從外到里可分為毛表皮、毛皮質、毛髓質三個部分。

1. 毛表皮

毛表皮是由扁平角質細胞交錯重疊而成的魚鱗片狀結構（見圖2-5），從毛根排列到毛梢，包裹著內部的皮質，又稱為表皮層或角質層。這一層保護膜雖然很薄，只占整個頭發的10%～15%，但卻具有重要的性能，可以保護頭發不受外界環境的影響，保護皮脂并抑制水分的蒸發，保持頭發烏黑、亮澤和柔韌。毛表皮由硬質角蛋白組成，膨脹力強，可有效地吸收化學成分，并抵抗外界的一些物理、化學作用。

2. 毛皮質

毛皮質位于毛表皮的內側，由含有許多麥拉寧黑色素的細小纖維質細胞所組成。纖維質細胞的主要成分是角質蛋白，角質蛋白由氨基酸組成。許多螺旋狀的原纖維組成小纖維，再由多根螺旋狀的小纖維組成大纖維，然后數根螺旋狀的大纖維就組成了外纖維，這也就是毛皮質的主體。毛皮質是頭發的主要組成部分，幾乎占頭發的85%～90%，是左右著毛發性能的重要組成部分。

毛皮質中的角質蛋白含有許多半胱氨酸殘基，半胱氨酸上的硫原子就相互形成二硫鍵，而這個二硫鍵結構就是維持頭發彈性和形狀很重要的一個結構，如果想要改變頭發形狀，就要改變這個結構。一般燙發會將頭發定形，加入還原劑，讓頭發中的二硫鍵斷裂，這時候頭發被賦予了可塑性；然后再加入氧化劑，讓二硫鍵重新建立，這時候，外面纏繞成什么形狀，頭發就變成什么形狀。

3. 毛髓質

毛髓質位于頭發的中心，是含有些許麥拉寧黑色素粒子的空洞性細胞集合體，1～2列并排且呈立方體的蜂窩狀排列著。它內部有無數個氣孔，這些飽含空氣的洞孔具有隔熱的作用，而且可以提高頭發的強度和剛性，又幾乎不增加頭發的重量。它擔負的任務就是保護頭部，防止日光直接照射進來。較硬的頭發含有的髓質也多，汗毛和新生兒的頭發往往沒有髓質。

三、毛發的化學組成

1. 化學組成及結構

毛發的主要成分是角質蛋白，約占總成分的97%。因角質蛋白是硬蛋白，不溶于水、稀中性鹽、稀酸、稀堿和一般有機溶劑，所以毛發具有角質蛋白的特性。角質蛋白由多種氨基酸組成，其中以胱氨酸的含量最高，它們提供頭發生長所需的營養與成分。頭發中各種氨基酸原纖維通過螺旋式、彈簧式的結構相互纏繞交聯，形成角質蛋白的強度和柔韌，從而賦予了頭發所獨有的剛韌性能。其中50%的蛋白質呈螺旋狀結構，在α-螺旋結構內，分子中的親水基團大部分分布在螺旋周圍，可以形成氫鍵、二硫鍵、鹽鍵等。頭發具有氨基酸和角蛋白的雙重特性，利用這些化學性質，可達到染發、卷發的目的。

2. 化學鍵

（1）氫鍵　由于肽鏈上具有極性，一個肽鏈上的羧基中的基團與另一個肽鍵上的酰胺基的之間可能發生作用，形成氫鍵：

在角蛋白分子中，在主鏈肽鍵之間，或側鏈與主鏈、側鏈與側鏈之間都可以形成氫鍵。

氫鍵的鍵能很小，是一種較弱的相互作用，但由于在一條多肽鏈中可以存在多個氫鍵，因此，它們也是多肽結構上的一個重要穩定因素。

雖然氫鍵的鍵能較小，通常只有17～25kJ/mol，但氫鍵的形成對物質的性質有顯著影響。在洗發時能感受到頭發變軟，這就是氫鍵的作用。當頭發遇水后α-角蛋白中的氫鍵與水分子中的氫鍵相互作用，使得α-角蛋白中一些氫鍵斷裂；又由于氫鍵本質上是一種靜電吸引力，所以溶液溫度越高（洗頭水的溫度越高），斷裂的氫鍵就越多；當角蛋白的氫鍵打斷而插入水分子的氫鍵時，角蛋白的螺旋結構發生了變化，分子結構變大，宏觀上表現出頭發在水中膨脹軟化，更加彎曲；當頭發變干冷卻后，角蛋白內氫鍵重新形成，頭發恢復到原來的狀態。這種轉變的本質是氫鍵鍵能強弱不同和氫鍵具有一定的方向性。

（2）二硫鍵　二硫鍵是由兩個半胱氨酸氧化成胱氨酸時形成的一種化學鍵，可以在兩個肽鏈之間，也可以在一條肽鏈的不同部位之間：

二硫鍵能夠使兩個肽鏈之間緊密地靠近，再與這兩個多肽鏈存在的其他鍵作用，使多肽鏈在結構上形成大小不等的肽環結構。

在毛發的卷曲過程中，二硫鍵的還原斷裂及其后的氧化復原起著重要的作用。燙發時，先用含有巰基乙酸根離子的溶液把頭發中的過硫基還原打斷成兩個巰基，失去交聯作用的頭發變得非常柔軟；再利用卷發工具把頭發卷曲起來，在機械外力作用下，誘發的多肽鏈與多肽鏈之間發生了移位；再用具有氧化作用的溶液，如過氧化氫、溴酸鉀、過硫酸鉀的溶液，使分裂的硫基在新的形狀下被固定下來，形成新的雙硫鍵；至此毛發又恢復了原來的剛韌性，并形成持久的卷曲發型。

（3）鹽鍵　鹽鍵也稱離子鍵，是多肽鏈的側鏈間存在著帶正電的氨基和帶負電的羧基，相互之間的靜電吸引作用而形成化學鍵。

除上述幾種鍵之外，多肽鏈間還有非極性基團間的疏水鍵、范德華力的作用，它們都是分子間作用力。

（4）酰胺鍵　酰胺鍵是多肽鏈的主要成鍵形式，也稱肽鍵。此外，肽鏈也可橫向連接成酰胺鍵。

3. 毛發的物理性質

毛發的物理性質與其化學組成有關。將毛發浸泡在水中，很快就會膨脹，膨脹后的重量比未浸泡前干重多40%左右。這種遇水膨脹現象說明毛發中幾乎純粹是蛋白質成分，而脂質含量很少。毛發具有強的雙向性，這是由于細胞中細絲的排列與毛發長軸平行的緣故。

（1）頭發的吸水性　一般正常頭發中含水量約10%。將毛發放置在空氣中，毛發會吸收或放出水分以達到與水蒸氣保持平衡的狀態。這種平衡受環境濕度影響很大，相對濕度高時毛發的水分含量也增加。下雨時常常有發型散亂的情況，這是由于頭發吸收一定的水分后，頭發中的氫鍵被切斷，發型返回原初狀態。而且在冬季梳頭時，會產生靜電而有閃光等頭發粘連的情況，這是由干燥引起頭發中水分丟失造成的。由此可見毛發對濕度變化特別敏感，水分過量頭發會失去支撐力，水分過少會使頭發變得散亂。

毛發的長度和直徑變化也與相對濕度有關。在相對濕度增大時，毛發長度所增加的幅度小，而直徑增加的幅度大些。

（2）頭發的彈性與張力　頭發的彈性是指頭發能拉到最長程度仍然能恢復其原狀的能力。一根頭發約可拉長40%～60%，此伸縮率取決于皮質層。構成毛發纖維的角質蛋白多肽主鏈的空間構型在通常狀態下為α-螺旋結構，在被拉長時變為鋸齒狀的β-折疊結構，長度約增長2倍。在撤銷拉力時又返回原來長度的α-構型，這種變化僅在拉長時發生。

頭發的張力是指頭發拉到極限而不致斷裂的力量。一根健康的頭發大約可支撐100～150g的質量。

（3）頭發與pH值的關系　頭發本身是沒有酸堿度pH值的，常說的pH值是指頭發周圍的分泌物酸堿度。

一般情況下，頭發的pH值在4.5～5.5之間是最佳健康狀態。 因頭發遇堿性表皮層會張開、分裂，頭發變粗糙且呈多孔性，不能達到燙整染的效果。遇酸表皮層合攏，頭發保持自然的pH值，頭發質感佳、有光澤，容易達到燙整染的效果。

（4）其他性質　形狀：人的頭發隨人種的不同可分為直發、波浪卷曲發、天然卷曲發三種。直發的橫切面是圓形，波浪卷曲發橫切面是橢圓形，天然卷曲發橫切面是扁形，頭發的粗細與頭發屬于直發或卷發無關。

多孔性：頭發的多孔性是相對于頭發能吸收水分的多寡而言的，染發、燙發均與頭發的多孔性有關。

耐熱性：頭發的耐熱性與頭發的性質有密切的關系，一般加熱到100℃，頭發開始有極端變化，最后炭化溶解。

4. 頭皮屑

（1）頭皮屑產生的原因　頭皮屑亦稱皮脂漏溢或稱頭部脂漏癥，俗名雪皮，由頭部皮脂腺分泌和表皮角質層的新陳代謝作用所產生。

頭皮屑多以春秋季較為明顯。頭皮屑的產生有以下幾種原因：第一種是頭皮上正常衰老死去的皮膚角質小碎片，它和著頭皮分泌的皮脂及空氣中墜落下來的塵埃一起，形成頭皮屑；第二種情況是生理性新陳代謝較快，導致頭皮屑產生增多；第三種情況是當因某種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過多時，馬拉色菌（malassezia）嗜食皮脂后會大量繁殖，同時又產生分泌物進一步刺激皮脂的分泌，并加快表皮細胞的成熟和更替速度，周而復始的惡性循環使得頭皮屑也相應地增加許多；第四種情況是頭皮細胞功能失調，尤其患有銀屑病或內分泌異常的疾病時，也會使表皮細胞生長速度過快或皮脂病理性分泌增多，此時頭皮屑也會大量產生。

此外，有時候染發、燙發、營養不均衡（體內缺乏B族維生素）、精神壓力過大也可能會引起頭皮屑的增多。前段中提及的前兩種情況是生理性的，后兩種情況是病理性的，常見到的是后兩種。

① 馬拉色菌的影響　馬拉色菌是一種屬于酵母菌類的單細胞真菌，以前曾稱為糠秕孢子菌。馬拉色菌通過消耗皮脂中分解出來的飽和脂肪酸而生存，而剩余的不飽和脂肪酸則滲入頭皮，導致人體的炎癥反應，從而引發頭皮角質細胞的過度增生。

② 頭皮細胞功能失調　頭皮功能失調有多種原因，由馬拉色菌所引起的頭皮屑現象也是其中一種；此外還有老年人、營養不良、接受化學治療或干癬的病人，也會出現頭皮的細胞新陳代謝異常。即基底層細胞快速增殖，在還未完全成熟的情況下往外推出，使頭皮細胞成熟過程不完全，以大量片狀形式剝落。

（2）祛屑作用　目前最有效的祛屑方法是通過使用抗真菌有效成分以抑制馬拉色菌。1-羥基-4-甲基-6-（2,4,4-三甲基戊基）-2（1H）-吡啶酮-2-氨基乙醇鹽（1∶1）（OCT）和吡啶硫酮鋅（ZPT）是目前國際上使用最普遍的兩種祛屑劑。

洗發水中另一類具有極大潛在應用價值的祛屑劑是天然植物提取物。天然提取物一般富含有多種活性成分，具有抗菌消炎、提供營養、改善毛細血管血液循環等功效，而且作用溫和持久，刺激性小，對于祛屑、防脫和改善發質有良好的效果，具有較好的發展前景。這類天然提取物主要有：胡桃油、防風、山茶、木瓜、積雪草、花皂素、甘草、頭花千金藤等。