1. 모발의 본질
2. 모발의 형태적 관찰
3. 모발의 단백질 조성
4. 미용처치를 위한 물리적인 기본진단
5. 미용상의 화학적 처리모
6. 모발과 화학과의 관계
1. 모발의 본질
모발은 피부 표면으로 나와 있는 부분인 모간(hair shaft)과, 피부 내부에 있는 부분인 모근(hair root)으로 나누어진다. 모근의 아래에 팽창된 부분인 모구(hair buil)는 모구의 중앙 부위에 구상으로 들어간 부분으로서 모유두(dermal papilla)라 한다. 모유두에는 모세혈관과 신경이 들어있으며 음식물로부터 영양이나 산소를 섭취함으로서 모발의 발생과 성장을 도와준다.
모유두에 접한 부분에는 모기질(hair matrix)이 있으며 모발은 여기에서 만들어진다. 즉 모모세포는 모유두에 들어 있는 모세혈관으로부터 영양과 산소를 섭취하여 분열을 반복함으로써 모발이 형성된다. 이 부분에는 모발에 색을 부여하는 수지상의 색소형성세포(melanocyte)가 있다.
1) 모근(Hair root)
Hair중에서 두피 속에 들어있는 모근은 모포세포로서 모낭(folicles), 모유두(papillia), 모구(bulb), 피지선(sebaceous gland), 한선(apocrine gland, eccrine gland), 기모근(arrector pili muscle) 등의 구조를 가진다.
(1) 모근과 관련된 구조
모발의 발생은 모낭 하단부인 모구내의 모모기와 상모구로 구별되며, 모모기세포는 미분화의 세포로서 분열, 조직화를 시작하면서 모발 조직의 기본인 모수질, 모피질, 모표피와 내근초로 분화, 조직화된다. 기모근은 모공의 아래쪽에 붙은 작은 불수의(不隨意)의 근육이다. 이 근육은 공포와 추위에 경직되고 머리카락이 똑바로 서며 피부표면의 소름을 돋게 한다. 그러나 눈썹과 속눈썹에는 기모근이 없다.
피지선(sebaceous gland)은 진피에 있는 작은 주머니 모양의 구조로 이루어져 있으며 피지선관은 모공과 연결되어 있다. 피지선으로부터 피지(sebum)라고 불리우는 기름 성분의 정상적인 분비물은 두피에 산성막을 형성하며 머리카락에 광택과 유연성을 주고 피부 표면을 부드럽고 유연하게 해준다. 그러나 피지선은 피지를 과잉생산 하기도하여 일반적인 형태의 기름이 끼이며 비듬을 만드는 등의 문제를 일으키기도 한다.
피지의 분비는 식사습관, 혈액순환, 감정의 동요, 엔도크린(endocrine) 선의 자극과 약물에 영향을 받는다. 일반적으로 식사 습관은 hair의 건강에 영향을 미치는데, 당분과 전분, 그리고 지방분이 많은 음식을 섭취하는 것은 피지선을 과활동화 시켜 피지를 분비하게 만드는 원인이 될 수도 있다.
혈액순환과의 관계에서 hair는 우리가 먹은 음식물의 섭취에 따라 혈액으로부터의 모유두를 통하여 영양분을 받는다. 필요한 음식물을 섭취하지 않는 것은 hair의 건강에 영향을 미친다.
① 피지선(sebaceous gland)
손, 발바닥을 제외한 전신의 피부에 존재하는 피지선은 신체부위에 따라 크기, 형태, 분포도 등이 다르다. 분포는 얼굴과 head에는 평균 800개/㎠이며 팔, 다리의 사지에는 50개/㎠이다. 피지선이 많은 부위는 특히 hair가 많이 있는 head부분과 얼굴 앞면, 등부분, 음부, 액와 등이다. 피지선을 구성하는 피지선 세포는 미분화된 기저 세포로부터 기름 방울을 생성하는 세포로 분하되며, 최종적으로 사멸해서 피지를 분비한다.
피지선 안에서 생성된 지질은 피지선관을 따라 모공을 통해서 피부표면으로 배출된다. 사람의 피부표면에는 피지선으로부터 배출된 피지와 표피유래의 지질로 형성한다. 약 0.4∼0.05㎎/㎠의 지질이 존재하고 있다. 이것을 피부지질(Skin lipids)이라고 한다. 정상적인 각화를 행하고 있는 사람의 피부에서 피부지질은 불감지증발(不感知蒸發)을 막아 피부에 보습, 유연성을 부여하고, 외부로부터 유해물질이나 세균이 침입하는 것을 방지하며, 체내로부터 수분 등의 물질이 방출되는 것을 막아내는 역할을 한다.
피부지질의 양은 부위에 따른 차이 이외에 나이, 성별, 계절, 피부의 온도에 따라서 다르고, 밤낮에 따라서도 분비량이 달라진다. 피지선은 여성보다 남성이 크고, 피지량도 남성이 많다. 태아 및 신생아의 피지선은 성호르몬의 영향으로 기능을 항진하지만 그 후에는 기능이 저하되면서 소아기를 보내고, 사춘기가 되면 다시 성호르몬의 영향으로 기능 항진되다가 나이가 들면 또다시 피지선의 기능은 저하된다. 사춘기 초에는 여성 쪽의 피지분비가 많으나 그 후에는 남성쪽이 많아진다. 여성의 경우 폐경기 후에는 피지 분비가 많이 감소되나 남성의 경우에는 별 변함이 없다. 피지선의 활동은 호르몬의 영향이 크며, 특히 남성호르몬은 피지선을 비대 시켜 지질합성을 증가시킨다.
기모근은 모근에 부착된 평활근에서 자율신경에 의해 지배된다. 기모근의 수축에 의해서 모간의 털이 서면 동시에 피지선이 압박되어 피지의 배출이 촉진되는 작용을 한다.
② 한선(sweat gland)
땀을 분비하는 땀샘을 한선이라고 하며 에크린선(eccrine sweat gland)과 아포크린선(apocrine sweat gland)이 있다. 발한작용은 기화열을 가로채서 체온을 저하시키는 역할과 고온 환경 또는 격한 운동에 의한 체온상승을 억제시키는 역할을 한다. 발한의 종류에는 온열성 발한, 정신성 발한(정신적 긴장에 의한), 미각성 발한(쓴맛, 신맛 등의 미각자극에 의한)이 있다.
에크린선은 전신에 약230만개 정도가 분포하며 한시간에 1ℓ이상 하루에 10ℓ의 땀을 분비한다. 특히 머리, 전액부(겨드랑이 앞면), 손바닥, 발바닥 등에 많다. 이는 가늘고 둥근 관모양으로 진피의 아랫부분 또는 피하조직 내에 있으며, 진피와 표피를 통하는 도관을 통하여 몸의 표면으로 연결되어 있다.
한선의 분비물은 약산성으로 세균의 번식을 억제시키며, 주요 성분인 NaCl 이외에도 기타 요소, 유산, 황화물, 암모니아, 요산, 크레아틴, 아미노산 등을 함유한다. 자율신경의 지배를 받으며 나이가 들어감에 따라 구조가 흐트러지고 분비세포가 위축되어 땀의 분비가 감소된다.
아포크린선은 털이 있는 부분과 액와상, 음낭, 대음순, 항문주위 및 젖가슴 주변에 존재하며 피지선과 함께 모낭에 연결되어 모공을 향해 열려져 있다. 남성보다 여성이 많으며 황색인종보다 백인이, 백인보다 흑인이 많다. 분비과정 중에 땀속으로 세포의 일부가 떨어져 나와 혼입되므로 땀의 성분은 복잡하다. 끈끈하고 악취가 나는 물질을 함유하며, 약알칼리성을 띠므로 세균감염이 쉬워 피부에 부착된 균이 땀 속의 유기성분을 냄새가 나는 물질로 변화시키기도 한다. 분비는 사춘기부터 시작된다. 한선은 호르몬의 영향을 강하게 받으며 자율신경에 의한 지배 및 노화에 대하여는 부정적이다.
③ pH
피부의 pH는 피지선과 땀샘에서 분비되는 분비물에 의해 결정된다. pH는 연령, 성별, 인종에 따라 달라지며, 일반적으로 남자가 여자보다, 표피보다 진피에 어린이·노인보다 청년기의 피부가 더 산성이다. 표피의 투명층 아래는 pH 4.5 산성이며, 기저층 아래는 pH 7.4로서 혈액의 pH와 동일, 우리 몸은 pH 7.4 전후의 약 알칼리성이다. 그러나 몸의 기능으로서 신진대사가 원활하지 못한 상태 일때는 혈액 중에 피로 물질인 젓산이 증가 체액, 혈액 등이 산성으로 기울어진다. 모발이나 피부는 pH 4.5∼6.5의 약산성일 때 가장 건강한 상태이다. 몸 속은 약알칼리성, 몸밖은 약산성을 유지하는 것이 건강을 유지하는 비결이다. 그러므로 알칼리 이온수를 음료수로 마시고 피부나 모발은 약산성 제품을 사용한다. acid는 cuticle을 닫게 하여 모발을 윤기 나게 하며 빛을 고르게 반사시키며 알칼리는 표피층을 열어 빛을 굴절시켜 난반사 시키므로 모발을 거칠어 보이게 한다.
(2) 두피의 구조
두피는 신체를 감싸고 있는 다른 어떤 부분보다도 모낭과 혈관화가 풍부하다. 모구와 모유두는 모세 혈관계에 의하여 동맥과 정맥으로 연결되어 있다. 그러므로 머리에 상처가 생기면 많은 피를 흘리게 된다.
두피는 매우 조밀한 신경분포를 갖고 있다. 각각의 모상은 심층의 피부 하층부에서 솟아오른 5-12개의 신경 섬유를 갖고 있어 머리카락을 매개로 되어 감각을 느끼게 한다. 두개골 막에 의하여 두 개골을 둘러싸고 있는 두피는 다음의 3층으로 구성되어 있다. 두개골 막은 얇고 섬유성이며 뼈에 약하게 유착되어 있다.
① 외피(표피와 진피)
후두부에서 볼 수 있듯이 외피는 매우 두껍지만 표피(0.3mm-1mm)는 매우 얇다. 외피의 하층부는 진피의 심층부와 두 개 피하골 막의 표면을 덮고 있으며 신경섬유로 연결되어 있는 세포조직으로 구성되어 있다. 세포조직의 심층부에는 림프관과 두피의 신경분포와 혈관분포를 확실하게 하는 동맥, 정맥, 신경의 가지가 분포되어 있다.
② 두개피
두 개골을 둘러싸고 있는 근육과 연결되어 있는 신경조직(결막)이다. 탄력성이 없으며 외피와 함께 임의의 상처로부터 두 개골을 보호한다.
③ 두개피하조직
지방이 없으며 얇고 이완된 층으로 쉽게 갈라진다. 나이가 들수록 이 조직은 이완된다.
2) 모간(Hair shaft)
모간은 두피 표면 위에 드러나는 hair의 부분이다. 일반적으로 모발의 횡단면에는 3개의 서로 다른 형태의 세포가 관찰된다. 최외층의 세포는 Cuticle로 모발섬유의 대부분을 차지하고 있는 Cortex를 감싸고 있으며 Medulla는 모발의 중심부이다.
(1) CUTICLE
모발 끝을 향해 열려 있는 모표피는 모간의 가장 외측 부분으로 인모섬유의 10∼15% 차지하는 큐티클은 모발 내부인 Cortex를 둘러싸고 있는 화학적 저항이 강한 최외각층으로서 판상으로 겹쳐진 비늘상의 세포로 되어있으며 무색 투명(translucent)하다.
예로서 시술 시 물을 분무하지 않고 dry된 hair를 cut하거나, razor날로 급경사 예각으로 세워서 긁다보면 하얀 물질이 묻어 나는데 이 층이 cuticle층이다. cuticle층은 개미산(HCOOH)으로 진탕하거나 또는 산소에 의해 소화(digest : 쪄서 부드럽게)시키거나, 초음파 조사에 의해서 케라틴섬유와 큐티클은 분리시킬 수 있다.
이들 각세포는 두께 약0.5∼1μ, 길이 약 45μ이다. 일반적으로 인모(人毛)의 큐티클은 5∼15겹이고 양모의 큐티클은 1∼2겹의 판상으로 겹쳐져 있다. 큐티클의 겹쳐짐(紋理)은 어떤 동물인가를 알아낼 수 있으며 범죄수사나 유전자의 진위를 알아내는데도 이용되고 있다. Cuticle세포는 두께 50∼250Å의 얇은 막으로 모발의 외측을 구성하며 화학적 저항력이 강한 층이다.
① 상표피
포유동물의 hair의 표면은 두께 약 25 의 상표피라 불리는 얇은 막으로 둘러싸여 있는데, 상표피는 염소수로 처리하면 섬유의 표면에 막이 형성된다는 것을 Allworden에 의해 관찰되었다. 염소수는 상표피 아래에 있는 간충물질인 단백질을 분해해 수용성의 물질을 형성하지만, 이것은 상표피의 반투막의 바깥으로 확산되지 않고 침투압에 의한 팽윤이 일어나 특유의 알웨딘 반응이 발생한다.
상표피막은 여러 가지 모표피 세포로 둘러싸여 있는 것이 증명되었으며 연속된 상표피로서 연속된 외관을 나타내고 있는 상표피 및 세포 간충물질을 함유한 세포막으로 된 세포막 복합체이다.
1매의 모표피는 3겹의 상표피와 세포 간충물질로 이루어져 있다. 따라서 cuticle세포도 3겹의 층으로 나누어진다. 섬유외측에서부터 cystine함량이 많고 화학적 저항성이 높은 층인 에피큐티클(epicuticle)과 중간층인 엑소큐티클(exocuticle) 그리고 내측으로서 cortex와 인접한 엔도큐티클(endocuticle)로 되어있다.
a. Epicuticle
두께 10㎛ 정도의 얇은 막으로 수증기는 통하지만 물은 통과할 수 없는 아주 미세한 부분으로서 다당류, 단백질 등이 견고하게 결합되어 있어 산소와 화학약품에 대한 저항이 가장 강한 층인 반면, 기계적인 작용을 받으면 쉽게 손상된다.
b. Exocuticle
부드러운 케라틴질의 층으로 cystine이 포함되어 있고, permanent wave제와 같은 cystine 결합을 절단시키는 약품에는 작용을 받기 쉬운 층이다.
c. Endocuticle
Endo란 안(내부)의 뜻으로 연결형이며 cystine 함유량이 적기 때문에 cystine을 절단하는 약품에 대해서는 강하지만, 단백질 침식성의 약품에 대해서는 약한 층이며, 여기에 모표피 세포의 사멸된 핵이 있는 부분이다. 이층의 내측면에는 양면접착 tape과 같은 CMC(세포막 복합체: Cell membrane complex) 층으로, 인접한 모피질을 밀착시키고 있다. H2O, permanent wave제와 hair coloring제 등과 같은 화학제의 침투경로인 모표피의 엑소큐티클과 CMC의 틈은 중첩되어 있고 미세하기(5∼6 ) 때문에 큰 분자는 침투할 수 없으나 산이나 알칼리에 의해서 팽윤, 연화되어 틈이 생기면 보다 큰 분자도 침투할 수 있다.
② 세포간 물질
상표피를 접착시켜주는 세포간 물질인 세포막 복합체는 세포막을 접착시키는 접착물질로 되어 두께는 약 400∼600 이다. 세포막 복합체를 구성하는 복합층은 대부분 확인되어 있으며, 가장 중요한 것은 중심부의 α층으로 약 100 두께를 가진다. 이 α층에 둘러싸인 세포간 접착물질은 두께는 약 50 이다.
Alexander와 Earland는 세포막 복합체를 과기산에 의한 섬유의 산화에 의해 분리하는데 성공하였다. 이 방법으로 분리된 복합체를 β-Keratin이라 부르며 섬유전체의 약 15%가 된다. 세포간 복합체는 특히 연신성이 좋고, 세포내 물질과는 화학 반응성이 서로 다른 것이 특징이다. 이 복합체는 모표피의 세포내 단백질보다도 쉽게 단백질 분해효소에 의해 분해된다.
(2) CORTEX
인모섬유의 대부분인 85∼90%을 차지하고 있으며, 피질세포(결정영역)와 세포간 결합물질(비결정 영역, 간충 물질)로 되어 있다. 모발의 가장 중요한 부분으로서 모발의 강도(세기), 탄성, 유연성, 성장의 방향, 굵기, 질, 색소 등을 나타내며 모발의 성질을 결정한다.
모발의 색상(color)은 cortex 내부의 염색소(pigment)에 의해 좌우되며, 웨이브(wave)의 형상 또한 cortex의 물리적 상태에 따라 강·약으로서의 탄성이 조절된다. cortex의 물리적 구조(physical structure)는 수백만 개의 딱딱한 Keratin섬유가 서로 엉키어 모발의 굵기를 형성시켰으며 Polypeptide(아미노산의 다중결합)구조를 하고 있다.
① 결정영역(피질세포)- 주쇄 결합
길이 약 100μ, 두께 1∼6μ, 직경 2∼6μ로 대칭적인 피질로 되어 있으며 결정성이 높은 섬유성 성분과 배향성이 낮은 비섬유성 성분으로서 결정성과 비결정성의 성분비율은 거의 같다. 결정영역은 개미산 중에서 진탕하거나 산소 digest에 의해 분리가 가능하며 매크로필라멘트(macrofilament)라 불리는 방추형을 한 섬유상 다발로 이루어진 구조로서 핵의 잔사, 색소 과립으로 구성되어있다. 핵의 잔사는 세포의 중심부근에 있는 가늘고 긴 공동으로서 색소 과립은 직경 약0.2∼0.8μ내의 둥글거나 구상의 입자로 피질세포 사이에 분산되어 있으며 긴 polypeptide가 규칙적으로 배열되어 있는 섬유의 다발(속)로 결합되어 있고, 수소결합이 강한 부분으로서 화학반응을 일으키기 쉬운 영역이다.
a. 매크로필라멘트(macrofilament, MF)
직경(폭)이 0.1∼0.8μ으로 피질세포의 대부분을 점하고 있으며 각 필라멘트는 고도로 조직화되어 있는 섬유상 성분으로 마이크로필라멘트(Microfilament)와 이들을 둘러싸고 있는 그다지 조직화되어 있지 않은 간충물질(Matrix)로 되어있다.
b. 마이크로 필라멘트(microfilament)
Macrofilament는 Microfilament라는 보조 섬유구조로 되어있어 나선상으로 늘어서 있다. 각 나선 즉, Macrofilament의 반경은 약 1,000∼4,000Å이며 직경은 약 70Å 이다.
c. 프록토필라멘트(protofilament)
마이크로 필라멘트의 내부구조에 대해서는 정확한 조직은 확실히 밝혀지지 않았지만, 2개의 마이크로 필라멘트를 핵으로 그 주변을 9+2의 모형으로 프록토 필라멘트가 둘러싸고 있다.
d. α-Helix 구조
9+2의 배열을 가진 2중 coil성의 짧은 α-Helix(α-나선)구조는 황의 함량이 적은 단백질로서 이를 구성하는 subunit(생체 입자인 고분자를 이루는 기본단위)는 단백질인 polypeptide쇄이다. 아미노산 잔기간의 거리는 1.5 coil로서 반복거리는 5.1 , 각각의 α-Helix의 중심에서 중심까지의 거리는 9.8 , 즉 3.7개의 amino acid 잔기에 해당한다. H2O은 keratin 섬유의 광각 X선 회절도에 대해서는 거의 영향이 없으나 물 속에서 늘리면 α-Helix에 해당하는 회절강도가 감소하여 β- keratin(zigzag상)이라 불리는 형태가 생긴다. 즉 섬유축(Z축)에 따라 3.31(Y축)에 4.65(X축)에 0.8 이 회절 된다. 이러한 회절현상은 분자구조로 설명이 된다.
1회전 당 약4개(정확히 3.7개)의 amino acid가 들어가서 peptide사설이 나선모양으로 꼬여진 구조를 이루고 또한 β-구조는 두가닥의 polypeptide 사슬이 서로 가까이 있는 곳, 또는 polypeptide 사슬이 u-turn하고 있는 곳에 나타난다. 이 구조는 사다리형이라기보다 peptide사슬이 입체적으로 주름위로 늘어진 병풍구조(pleated shea structure)이다. 이와 같은 구조 즉, polypeptide를 안정하게 유지시킬 수 있는 것은 주쇄의 가운데 혹은 인접된 주쇄간의 O와 H간의 인장력에 의한 결합인 수소결합(hydrogen bond)이며 NH와 -OH기 CO의 O와 N의 N에 끌려서 NH…OC와 같이 약한 결합을 만든다. 아미노산의 잔기의 곁사슬은 몇 종류의 수소결합을 만들며 α-Helix 및 β-구조를 안정화시키는 수소결합은 peptide결합을 이루고 있는 CO와 NH의 사이에 형성된다. 두 구조 역시 peptide결합의 결합 각이나 결합거리에 무리가 가지 않도록 될 수 있는 한 많은 수소결합을 형성하고 있다.
α, L-amino acid으로 구성된 천연단백질의 α-Helix는 오른쪽으로 꼬이는 구조를 이루고 있으며, 수소결합은 하나의 CO = O와 4번째의 amino acid 잔기인 NH사이에 형성된다. 불규칙한 구조(무작위 구조라고도 함)는 순간적으로 모양이 바뀐다는 의미가 아니라, α-Helix나 β-구조와 같은 규칙성이 나타나지 않는다는 의미이다. 즉 단백질이 변하지 않는 일정한 일정불변 구조를 이루고 있다면, 3차 구조는 불규칙 구조로 되어 있다고 할 수 있다.
α-Helix나 β-구조는 규칙성을 지니고 있지만, 단백질 분자의 전체 구조 속에서 차지하는 비율이 적기 때문에 찾기가 어려우나 특별한 예로서 myoglobin은 α-Helix양이 매우 많다. 이와 같은 2차 구조는 단백질 결정을 X-선 해석을 함으로써 밝힐 수도 있고, 선광 분산이나 단편 광이색성의 측정으로도 추정할 수 있다.
한편 polypeptide 사슬 위에서 떨어진 위치에 있는 2개의 cysteine 잔기가 cystine 잔기로 되어 가교결합(cross-linked bond)을 형성한다. 이를 disulfide 결합 또는 S-S 결합(ester 결합)이라고도 하며, 이것 역시 2차 구조의 일부이다.
e. polypeptide
모발의 keratin은 18종류의 amino acid이 peptide bond을 순차적으로 반복해서 긴 사슬 모양인 polypeptide에 의해 구성되어 있다. amino acid은 아미노산 R1의 -COOH(carboxyl기)와 별도의 아미노산 R2의 NH2(amino기)에서 탈수작용 되어 -CO-NH로 연결된다. 이 -CO-NH-의 결합을 펩타이드 결합(peptide bond)이라 부른다. 이 결합이 서서히 반복되어 사슬모양으로 길어지는 것으로서 아미노산 100개 이하, 분자량 1만 이하를 polypeptide라고 하고 분자량 1만 이상의 수백만의 고분자 화합물을 단백질이라고 한다.
단백질을 이루고 있는 아미노산의 R1, R2, R3, ……의 원자단을 측쇄라고 부르고 아미노산의 성질을 나타낸다. keratin의 polypeptide(주쇄)는 지그재그형의 나선상으로 둘러싸인 α-keratin으로서 늘어뜨리면 β형이 된다. α에서 β로 전위되면 그 길이는 2배가된다. β형의 keratin인 늘어뜨린 것에 다시 힘을 빼면 원상태의 α형이 된다. 결국 polypeptide는 아미노산과 단백질의 중간구조를 갖고 있다고 할 수 있다.
f. peptide
단백질과 peptide에서 amino acid 잔기간의 amide결합을 peptide 결합이라고 한다. 즉 한 아미노산의 α-carboxyl기와 다음 아미노산의 α-amino기 사이에서 1mol의 물(H2O)이 제거되면서 -C-CO-NH와 같이 결합된다. 이와 같이 2개 이상의 아미노산이 탈수작용에 의해 결합된 것을 peptide라 한다.
peptide는 peptide결합한 아미노산의 수에 따라서 2-10개인 것을 oligopeptide, 10-50개인 것을 polypeptide, 그리고 50개 이상인 것을 단백질이라고 한다. 절대적인 기준으로서는 볼 수 없지만 이러한 단백질 및 peptide를 구성하는 물질의 종류에 따라 아미노산만으로 된 것을 homopeptide라고 하며 비아미노산 성분을 함유한 것을 heteropeptide라 한다.
단백질의 1차 구조를 이루는 결합은 amino acid끼리 이어진 peptide bond이다. 이것은 C와 N이 서로 전자를 공유하는 공유결합(Covalent bond)을 이루고 있으며, 또한 이 결합은 이중 결합성을 띄고 있으므로 가열, 묽은 산 또는 묽은 알칼리 처리에 의해서도 끊어지지 않을 만큼 강하다. 단백질의 구성단위인 아미노산은 매우 적은 양이지만 모든 세포에 들어있으며 또한 단백질의 전구물질이다. 일반적으로 모발의 단백질을 가수분해하면 약 18종의 아미노산을 얻을 수 있다. 결국 모발의 구성물질은 18종의 아미노산으로 이루어졌다고 말할 수 있다.
g. amino acid
hair의 단백질을 구성하는 주요 아미노산은 글리신, 알라닌, 바린, 루이신, 이소루이신, 트레오닌, 세린, 시스테인, 시스틴, 메티오닌, 아스파라긴산, 글루타민산, 티로신, 리이신, 아르기닌, 히스티딘, 페닐 알라닌, 트립토판, 프로닌 등이다. 일반적으로 아미노산은 백색결정으로 비교적 안정된 물질이며 녹는점이 높으나 분해가 수반되므로 명확히 녹는점을 밝혀내기는 어렵다.
② 비결정영역
간충 물질의 Keratin은 짧은 polypeptide 주쇄로서 분자가 불규칙하게 구부러져 난잡하게 되어 실밥을 손으로 뭉친 듯한 상태, 즉 tandem coil상의 불규칙한 배열로 되어 있으며, cystine 함유량과 측쇄의 긴 염결합이 많으므로 부드럽고 화학작용을 받기 쉬운 구조로 되어 있다. 또한 구성하고 있는 비결정영역인 Keratin분자의 크기는 결정영역인 섬유부분 Keratin분자의 1/8정도로 추정한다.
a) 간충물질(matrix or C-keratin 측쇄결합)
섬유의 간충물질로서 세포간 매장물이라고도 한다. S(황)의 함량은 다른 부분 또는 섬유전체보다도 간충물질에 많이 포함되어있으므로 시스틴 함량이 높다. Matrix 부분에는 황 성분이 많기 때문에 전자현미경을 이용하여 미세구조의 형상을 밝힐 수 있으며 자르기 전에 모발을 환원하고 사산화오스미움으로 처리하면 matrix 부분이 강하게 염색되므로 비교적 염색이 되지 않은 마이크로 필라맨트 부분이 명확하게 보인다.
이 2개의 영역상태(결정, 비결정영역)에 따라서 모질의 화학적, 물리적, 역학적인 성질이 크게 변화한다. 특히 비결정영역의 간충 물질은 손상을 받기 쉽기 때문에 모질 손상의 최대원인이 되는 부분이다. 모발에 한정하지 않고 다른 섬유에 있어서도 단단한 섬유부분을 결정영역이라 부르며 섬유 강도를 나타내며, 간충 물질과 같이 유연한 부분을 비결정영역이라 부르고 섬유의 탄성과 약함의 성질을 나타낸다.
a. 염결합(Coulombforce or salt linkage -NH3… OOC-)
Lysine(CH(CH2)4-NH3+) 또는 arginine 잔기의 (+)로 하전된 암모니움 이온과 aspartic acid(-OOC- CH 2-CH) 잔기의 (-)로 하전된 carboxyl 이온간의 정전기적인 결합으로서 pH 4.5∼5.5(등전점, 등전대, 등전가)일 때 결합력은 최대가 된다.
J.B Speakman의 역학적 측정에 의하면 이 결합은 keratin 섬유강도에 약 35%정도 기여하며, 산, 알칼리에서 쉽게 파괴된다고 한다.
b. 펩타이드 결합(Covalent peptide or ester linkage -CO-NH)
Glutamic acid(CH(CH2)2-CO-NH-) 잔기의 -COOH와 lysine(CH(CH2)4-NH) 잔기의 NH2에서 H2O가 제거되어 -CO-NH가 연결된 결합으로 상당히 강한 결합이다. 규명되지는 않았으나 모발의 keratin내에 존재하는 3가지 amino acid기 사이에 결합력이 있다고 추정한다.
c. 시스틴 결합(Covalent disulfide linkage or disulfide bond)
이 결합은 유황을 함유한 모발의 특징을 나타내는 permanent wave을 형성시킬 수 있는 특유의 단백질로서 다른 섬유에서는 볼 수 없는 측쇄 결합으로 모발 keratin의 특징을 나타내는 결합으로서 keratin내의 4 cystine에 의해 존재하여 이 결합이 파괴되면 섬유가 약해져 탄력성이 없어진다.
일반적으로 permanent wave를 형성시키는 기본적인 개념은 모발 keratin중의 cystine bond를 환원제로 절단시켜 rod로서 원하는 wave의 강약을 형성시킨 후 그 형태를 유지시키기 위해 산화제로 절단된 결합을 본래대로 되돌리고 고정시키는데 있어서 반드시 필요한 결합이다. 다시 말해 permanent wave를 만들어 주는 keratin이다.
d. 수소결합(Hydrogen bond C=O… NH)
Amide기(RCONH2)와 그것에 인접한 carboxyl기(-COOH 원자단) 사이의 결합이다. 물에 젖은 케라틴섬유는 건조상태에 비해서 쉽게 늘어나는 것은 이 결합이 관여하고 있기 때문이라고 할 수 있다. 건조한 모발은 젖은 모발에 비해 펴기가 더 어렵다. 모발에 수분을 가하여 set를 하고 열을 주어 건조시키거나 그대로 건조시키면 원래대로 돌아가지 않는 set력이 생긴다. 이 현상을 "wet wave"라 부른다.
Wave 상태를 지속하다 hair를 shampoo한다거나 water spray하면 wave의 형상은 없어진다. 이는 수소결합에 의해 일시적인 결합과 절단이 형성된다고 볼 수 있다.
e. 소수결합(Van der Waals forces)
내부 원자거리에 따라 변하며 중성원자(분자)간의 약한 인력이다. 이 2개의 영역(결정영역, 비결정영역)상태에 따라서 모질의 화학적, 물리적, 역학적인 성질이 크게 변화된다. 모발단백질의 구조로서 polypeptide 사슬 위에서 떨어진 위치에 있는 2개의 cysteine 잔기가 cystine 잔기로 되어 가교결합(cross-linked bond)을 형성한다. 이를 disulfide 결합 또는 S-S결합(ester 결합)이라 하며, 이 역시 2차 구조의 일부이다.
3차 구조는 주로 소수결합으로 이루어져있으며 이러한 3차 구조는 2차 구조를 이룬 peptide사슬이 더 엉겨져 있는 형태 또는 실이 헝클어져 있는 상태로서 볼 수 있다. 그 일부에는 α-Helix나 β-구조가 있으나 2차 구조를 포함해서 polypeptide사슬이 입체적으로 안정을 유지하기 위하여 R기 사이에 이온결합, 수소결합, 소수결합 등을 형성하고 있다.
수소결합은 수소를 제공할 수 있는 Serine이나 tyrosine등과 수소(H)를 받을 수 있는 aspartic acid나 glutamic acid등 β 및 γ-carboxyl기 사이에 형성된다. 또한 N- 및 C-말단 아미노산은 이온결합을 형성할 수 있다.
소수성 결합은 비극성의 탄화수소사슬들(Alanime, Valine, Leucine등의 곁사슬)이나 Benzen고리(tyrosine이나 phenylalanine 등의 곁사슬)를 갖는 R기 사이에 형성된다. 이것을 비극성 상호작용이라 하며, 극성을 띠는 물 속에 비극성의 기름방울을 넣으면 기름방울끼리 모이는 현상과 비슷하다. 비극성의 R기가 주위에 둘러싸인 물로부터 떨어져 서로 모이는 작용을 일반적으로 소수성결합이라고 한다.
단백질의 3차 구조는 비극성의 곁사슬이 중심부에 파묻히는 것처럼 되고, 바깥쪽에는 극성의 R기가 둘러싸인 듯한 모양으로 결합을 이루고 있다. 소수성결합은 입체구조를 유지시키는데 매우 중요한 역할을 하고 있으며 단백질이 물에 녹는 것은 단백질 분자 표면에 물이 접근하기 쉽게 극성기가 노출되어 있기 때문이다.
(3) MEDULA
모수질은 모발의 중심부근에 공동으로(속이 비어있는 상태) 죽은 세포들이 모발의 길이 방향으로 불연속적으로 다각형의 세포들의 형상으로 존재하며, 수질세포는 핵의 잔사인 둥근 점들을 간혹 포함하고 있으나 이의 기능은 잘 알려져 있지 않다. 모수질이 부드러운 keratin을 형성할 때 Cuticle과 Cortex는 딱딱한 케라틴(hard Keratin)을 형성하며 모발의 색소는 여기에서도 발견된다.
결국 모발은 크게 Cuticle과 Cortex로 나뉘며 이들의 차이는 hard keratin의 차이로 구별된다. 모수질은 양털처럼 가는 모발에서는 발견되지 않으며 굵은 모발에서만 발견된다. 인모(人毛)에서는 수% 정도이며 모축에 따라 연속 또는 불연속으로 존재한다. 또 여기는 틈이 있어 탈수화의 과정에서 수축하여 모발에 따라 일련의 공동을 남긴다. 이 공동은 한랭지 서식의 동물에는 털의 약 50%를 차지하여 보온의 역할을 한다. Medula는 기계적, 화학적으로 거의 손상 받지 않는다.
2. 모발의 형태적 관찰
1) 모발 성장의 방향
사람의 hair는 모질에 따라 여러 가지의 형상으로 나타난다. 이는 표피에 연결된 모낭(follicle)의 각도에 따라 두발의 외양적인 구조 형성에 영향을 가져다준다. 이를 크게 4가지로 대별시킬 수 있다. straight hair(모낭이 피부표면으로부터 수직형태), wavy hair(모낭이 피부표면으로부터 약간 각도가 있는), kinky hair(모낭이 피부표면으로부터 각도가 편편한), curly hair(wave와 kinky의 중간상태)로서 일반적으로 shop에서 곱슬머리, 반곱슬머리, 돈(돼지)모 등으로 표현하기도 한다.
또한 머리카락의 흐름, 머리카락이 같은 방향으로 흘러내리는 것을 hair의 흐름(direction)이라 한다. 이것은 hair의 모근이 같은 방향(stem)으로 경사진 결과로 hair 가운데 두 갈래의 흐름, 즉 반대 방향으로 경사진 흐름은 자연스러운 hair의 가르마(parting)를 만든다. 나선(Whorl)형은 정수리에서 회전형을 이루는 머리카락, 즉 가르마를 일컬으며, 카우릭(Cowlick)형은 머리숱이 서있는 것으로서 카우릭은 hair line에서 특히 front, nape line에서 많이 볼 수 있으며 이를 흔히 소가르마(소 혀로 핥은 자리)라고 한다. 이러한 여러 가지 형상들은 사람에 따라서 각기 다르게 head의 어느 부위에서든 나타날 수 있다. 따라서 머리카락을 자르거나 다듬을 때는 hair의 방향(direction)을 고려하는 것이 중요하다.
2) 모발의 성장과 밀도
만약 모발이 정상적이고 건강하다면, 개개인의 모발은 성장(growth, anagen stage), 탈모(fall, talogen stage) 그리고 대치(replacement, catagen stage)라는 일정한 사이클(cycle)의 주기를 가진다. 건강한 두피의 모발은 한달 평균 약 1.25cm성장한다. 인간 모발의 성장률은 각기 다른 신체 부위에 따라 그리고 성(sex), 인종, 나이에 따라 각기 다르다. 두피나 모발은 개개인에 따라 강도, 탄력, 그리고 머리결의 흐름(direction)이 다르다. 모발의 성장은 15세에서 30세 사이에 가장 빠르게 나타나고 50세에서 60세 사이에 급격히 쇠퇴한다.
Hair는 남자보다 여자가 성장이 빠르고 두발의 성장은 또한 기후 조건과 계절의 변화에 따라 다르다. 습도는 자연적인 웨이브를 더욱 깊게 만들어주며, 찬바람은 모발을 수축시키는 원인을 제공하고 열은 모발을 부풀게 하거나 늘어나게 하고 습기를 흡수하는 원인이 되기도 한다.
Hair 성장은 모유두(papilla)에 의존한다. 즉, 모유두가 없으면 hair는 성장하지 못한다. 그러므로 papilla가 손상되지 않은 한 hair는 자란다. 만약 의식적이든 무의식적이든 모근으로부터 모발이 뽑혀 나와도, 곧바로 새 머리카락이 자란다. 그러나 papilla가 손상되면 머리카락은 결코 다시는 자라지 않는다.
인간에게 새로운 hair가 오래된 hair를 대치하는 방법은 다음과 같다.
모구 (bulb)가 느슨해지고 papilla로부터 떨어져 나오면서 bulb가 모공의 위쪽으로 움직인다. 모구를 구성하고 있는 내모근소와 외모근소에 의해 수축되면서 머리카락은 모구를 통해 밀려서 천천히 움직인다. 이때 새로운 머리카락이 papilla주위에 있는 모근에서 세포분열로 형성된다.
Hair의 정확한 생명주기는 아직까지 밝혀지지 않았지만 모발의 평균 생명은 3∼5년 정도이다. 성, 연령, 모발 유형, 유전, 건강 등의 요인이 모발 생명의 기간에 작용한다. 두피의 평균 면적은 약 780㎠, 평균 10만개의 hair가 있다. 이러한 모발의 개수는 즉 발생밀도에는 개인차가 있는데, 태어날 때 개개인의 유전 인자에 의해 모발의 분포(수), 모발의 굵기, 모질, 모발색, 성장속도, 직모 또는 곡모의 여부 등은 정해져 있으며 hair의 발생밀도는 1㎠에 120∼240개(보통 150∼160개) 정도이다. 면적은 650∼750㎠(보통 700㎠)로서 1㎠에 150개가 심겨져 있으므로 대략 head의 hair수를 10만개라고들 한다. 머리카락은 색깔에 따라서 금색 140,000, 갈색 110,000, 검정색 108,000, 붉은 색 90,000 정도로 볼 수 있다.
3) 모발의 기능
(1) 보호작용
모는 체모의 대부분이 연모화 되어 솜털로서 존재하나 인체에 있어서는 그렇게 중요한 역할을 하고 있지 않지만 두부(head)에 있는 모발은 쿠션 역할과 기계적 자극에 대한 보호작용, 추위 또는 더위에 보온 또는 보호 작용 등을 한다. 속눈썹(eyelash)은 눈으로 땀이 흘러 들어가는 것과 이물질(먼지, 벌레 등)이 들어가는 것을 막아주며, 코털, 귓털 등도 역시 분진이나 벌레의 침입을 막는 본래의 기능을 한다.
(2) 감각작용
모근의 지방선과 입모근의 약간 얇은 부분에는 지각신경이 방사상으로 분포되어 작은 자극에도 반응한다.
(3) 배설기능
신체에 필요하지 않는 유기수은, 비소, 아연 등의 중금속을 흡수하여 체외로 배출하는 기능을 가지고 있다. 인체에 유해한 물질은 모유두를 거쳐 모간에 흡수되기도 하며 분변으로 배출되기도 한다.
(4) 장식적 기능
남성, 여성의 특징을 나타내는 중요한 역할과 미(美) 또는 부(富)의 상징으로서의 역할과 신분 차이에 따른 계급을 나타내기도 하였으며, 같은 사람이라도 hair style과 hair color를 표현하는 것만으로도 다른 인상(분위기, image)을 줄 수 있다.
4) 모발의 color 및 gray
Hair의 천연 색깔과, 강도 그리고 모발의 질은 주로 유전에 의해 결정된다. Cortex는 색소를 지닌 성분, 즉 멜라닌색소라고 불리는 근소한 조직을 함유하고 있다. 비록 과학적으로 증명되지는 않았지만, 인체의 모든 색처럼 혈액에 있는 색깔을 형성하는 물질로부터 색소가 얻어진다고 보인다.
얼마나 밝고 어두운가 하는 개인의 모발 색깔은 hair 가닥 가닥에서 색소의 조직 수에 의존하다. 그러므로 모발의 색은 멜라닌 색소로 결정된다. 모발이 성장하는 과정에서 상모구의 피질과 수질로 되는 세포 중에 melanocyte가 만들어져 모의 성장과 같이 피질과 수질 세포의 각화형성이 melanin 색소가 되어 세포 중에 들어가 모발의 색깔이 된다. Albino는 피부와 안구의 홍채에 명료한 색소 없이 하얀 색 모발을 가지고 태어난 사람을 말한다. 이것은 머리 줄기에 색깔을 내는 멜라닌 색소의 물질이 없기 때문에 생긴다.
새치(gray hair)는 외피 층에 색소가 없어지므로 해서 발생한다. 새치는 실제로 희거나 희끄름한 노란 색 점들이 머리카락 줄기에 여기저기 흩뿌려진 얼룩덜룩한 색의 머리카락이다. 새치는 다른 색의 머리가 자라서 새치로 변하기 시작하는 것이 아니라 바로 모발 bulb로부터 그대로 자라난다. 비록 새치가 어떤 심각한 병 또는 신경 쇼크의 결과로 발생하기도 하지만 대부분의 경우 새치는 인간에게 자연적인 노화 과정의 부산물이다. 또한 정서적인 긴장에 의해 야기된 조기 색소 감소가 머리카락을 회색으로 변하게 할 수도 있다. 젊은이의 조기 새치는 보통 출생시 발생한 색소의 형성 방해 물질에 의해 기인되며 유전에 의해 조기 새치의 영향을 받는 것으로 발견될 것이다.
성공적인 모발 lightening과 tinting을 하기 위해서라도 hair designer는 hair색의 성질과 모발 색소의 분포를 알 필요가 있다.
3. 모발의 단백질 조성
1) 모발 아미노산 조성의 연구
Hair의 아미노산 분석에 관해서는 많은 연구가 있었다. 아미노산 분석은 총 단백질 중 아미노산 함량의 평균치를 구한 것으로 한계가 있다. 케라틴 섬유의 가수분해에서 가장 일반적으로 사용되는 것은 5-6N의 염산이다. 케라틴의 가수분해에 관한 연구에서 시스틴, 티로신, 페닐알라닌, 알기닌 등은 부분적으로 분해되어지며 트립토판은 완전히 분해된다.
이상과 같은 점에 유의해서 hair전체의 아미노산 분석 결과를 아래 표를 통해 살펴보자.
아미노산 측쇄타입 아미노산 근사치
μ㏖/g hair
탄화수소 글리신, 알라닌, 발린, 로이신, 이소로이신, 프로린(페닐알라닌 제외) 2800
수산기 세린, 트레오닌, 일급 아미드 카본산, 일급 아미드(암모니아에 의한 평가), 카본산 1750
염기성 아미노산 알기닌, 리신, 히스티틴 800
디슬피이드 시스테인 750
페놀성 아미노산 티로신 180
2) 미처리 모발
Virgin hair로서 미처리 모는 perm, stright제, tint등과 같은 처리에 의해 화학적으로 변화되지 않는 모발이다. 미처리 인모의 아미노산 분석에 관해서는 많은 연구결과가 보고되어 있다. 디슬피드 함량이 비교적 많은 것 외에 수산기 일급 아미드 및 염기성 아미노산 함량이 많은 것을 주목할 수 있다. 아미노산에 따라서 그 함량이 변화됨을 나타내고 있는데 특히 아스파라긴산, 프로린, 시스틴, 세린에서 그 차이가 현저하다. 한편 발린, 글루타민산, 글리신, 알라닌, 로이신, 알기닌에서는 거의 변화가 없다. Keratin 단백질의 아미노산 분석에서 유전, 풍화, 식사, 미용처리 그리고 실험조작법 등은 그 분석 결과가 상이하게 나타나는 요인이 된다. 그 요인은 아래와 같다.
(1) 유전에 관한 인자
Hair에 있어서 Cystine과 Cysteine의 함량에 관해서는 많은 연구가 되어져 왔다. Clay는 120명의 모발을 샘플로 시스틴과 시스테인의 함량을 측량하였다. 이 연구에 사용된 모발은 연령 및 모발의 색이 다른 남녀로부터 얻은 것으로 분석은 Shinohara의 방법을 따랐다. 이 결과 1g당 디슬피드 함량은 784μ㏖로부터 34μ㏖에 이르기까지 넓게 분포하였으며 여성의 모발보다도 남성의 모발에 Cystine이 더 많았으며 색이 옅은 모발보다 짙은 모발에서 시스틴 함량이 더 많다. 시스틴 함량과 모발의 색소 함량사이에는 상관 관계가 있다는 것이 Ogura에 의해 보고된 바도 있다. 연령과 시스틴 함량사이에는 일정한 관계는 보이지 않지만 식사나 미용처리, 환경요인과 같은 인자는 시료의 변화에 기여하는 것으로 예상되고 있지만 이 연구에서는 이러한 요인을 고려치 않고 살펴보았다.
인종의 차이에 관해 확실히 증명된 것은 없으나 백인과 흑인의 모발에는 가수분해 중에 볼 수 있는 아미노산의 비율에는 약간의 차이가 있다. 미처리 인모의 전 섬유 아미노산 조성은 대개 인종간에서보다 인종 내에서의 차이가 나타났다. 만약 인종에 의해서 모발 단백질이 실제로 차이가 있다고 할 경우 그것을 정확히 결정하기 위해서는 단백질의 분리와 분석법의 개량이 필요하다고 본다.
(2) 풍화
모발에 있어 풍화에 의한 영향은 장기간 노출된 hair의 선단부분(모의 줄기)과 근원부분(모의 뿌리 부분)을 비교함으로서 평가 될 수 있다. 모선단 부분의 cystine 및 cysteine 함량은 모의 근원보다도 적은 것으로 나타난다. 이를 증명하는 것은 모의 줄기(선단) 부분에 시스테인산이 다량 함유되어 있으며 이는 Strasheim과 Buijc에 의하여 풍화된 양모에도 시스테인산이 잔재하고 있다는 것이 적외선 스펙트럼법에 의해 증명되었다.
이러한 결과는 적외선에 의해 건조양모의 디슬피스 결합이 파괴됨을 보고한 Harris와 Smoth의 연구에 의해 주목받고 있다. hair의 선단부분에서 그 염기성 아미노산인 라이신과 히스티틴의 양은 근원 부분보다도 극히 적다. 이들 아미노산이 구성원소에까지 분해되어 있음을 나타내고 트립토판 역시 환경조건에 의해 파괴된다. 그러나 사실을 밑받침 할만한 결과는 아직 밝혀지지 않았다.
(3) 영양 부족
모발중의 시스틴이나 아르기닌, 메치오닌의 함량은 식사에 의해 영향을 받는다. 극히 미량의 동물성 단백질을 섭취하여 자란 8-9세의 어린이를 대상으로 연구한 결과 어린이의 모발에서의 시스틴 함량이 8.1% (1g당 1/2 시스틴이 675μ㏖)로서 낮은 수치로 나타났다. 영양 섭취면에서 상어의 간유를 섭취한 어린이의 모발중의 시스틴 함량은 현저히 증가했으며 탈지유를 더불어 섭취한 어린이는 시스틴의 함량이 한층 증가했다. 펠라그라 증세를 나타내는 어린이의 모발에는 시스틴, 메치오닌에 포함되어 있는 황(S) 함량이 정상아보다 낮은 것으로 나타났다. 모발중의 아르기닌 함량 역시 펠라그라 증세에 의해 감소한다는 보고가 있다.
양모에 있어 높은 황 단백질에 대한 영양실조 및 황 섭취로 인한 영향 등으로 미루어 보아도 펠라그라증 및 영양실조에 걸린 어린이 모발에서 시스틴 함량이 낮은 것은 황단백질 합성의 감소 결과라 추측된다.
4. 미용처치를 위한 물리적인 기본진단
1) 두피진단
두피에 상처나 염증질환 또는 탈모증상 등이 있으면 시술을 피한다. 시술했을 경우 화학제가 스며들어 염증이 일어날 수 있으며 심하면 탈모현상이 일어난다.
2) 모발진단
모발 상태의 표현으로서 일반적으로 건조모(dry hair), 다공성모(porous hair), 민감모(sensitized hair), 손상모(damaged hair), 부서지기 쉬운 모(brittle hair), 저항모(resistant hair)로 분류시킬 수 있다.
(1) 다공성모(porous hair)
물리적인 진단방법으로서는 약간의 모발을 잡아서 머리끝에서 두피쪽으로 손가락 끝으로 밀어봤을 때, 밀려서 나가는 hair의 양이 많으면 손상이 많이 된 다공성모로 볼 수 있다.
모발의 수분 및 용액 흡수 능력의 지표로서 다공성을 나타낸다. 다공성 모발은 염모제의 용액을 빨리 흡수하므로 진행시간이 정상적인 모발보다 짧으며, 또한 건조하기 때문에 샴푸한 다음 건조 시간을 길게 가져야 한다. volume(%)이 높은 H2O2를 사용하거나 Bleach 또는 Tint한 모발은 다공성이 아주 높으며 태양 또는 염소 처리된 물을 많이 접한 모발은 다공성이 크다. 그러므로 약하고 가는 모발은 coloring이나 perm 형성 시간이 빠르며 제품이 빨리 스며든다. 저항성이 강한 모발은 액체가 스며들기 어려우며 물기가 모발에서 떨어지기 때문에 샴푸 후, 빨리 건조하게 된다. 굵은 모발은 일반적으로 wave나 lightening에 저항적이다.
흑인(Afro-caribbean)들의 모발은 자연적인 곱슬머리(curly hair)로 모발 다공성이 높다. 이는 모표피가 없기 때문이다. 이런 종류의 모발은 촉촉하게 해주기가 어렵고 수분을 쉽게 잃어버리기 때문에 충분한 양의 물과 모발 컨디셔너(hair conditioner)를 사용하여 모발을 보호해주고, 수분을 보유할 수 있도록 해주며, 온도를 낮게 해주어야 한다.
(2) 저항성모(resistant hair)
cuticle층이 빽빽하게 밀착되어 흡수력이 약하므로 coloring 시술시 산화제(H2O2) 20vol 사용 pre-softening 하여 전처리 하면 모표피의 팽윤을 도와준다. 물리적인 진단 방법으로서는 hair에 물을 분무했을 때 물이 흡수하지 않고 많이 튕겨 떨어지면 저항성모에 가깝다고 볼 수 있다.
(3) 모발의 질(texture)
모발가닥의 크기나 직경을 나타내며 모발의 감촉을 말한다. 같은 상태의 모발일 경우에도 가는 모발이(fine hair) 용액의 흡수력이 강하며 coloring이 가장 힘든 모는 저항모이면서 발수성모이거나 강모일 경우로서, cuticle에 지방분이 많으며, 표피가 밀착되어 용액의 흡수가 잘되지 않는 hair이다. 곱슬 모발(curly hair), 직모(straight hair), 두꺼운 모발(thick hair), 가는 모발(thin hair), 두껍고 다소 뻣뻣한 모발(coarse hair) 등은 모질을 나타내는 단어이다.
(4) 모발의 탄력성(elasticity, 신축성)
모발 피지층의 손상 정도를 평가하는 방법으로서 hair를 늘렸다가 다시 원상태로 돌아가는 성질(신축도 45∼55% or 원래 길이의 ⅓까지)을 이용 탄력이 좋은 hair일수록 coloring 보유력이 오래 지속된다. 탄력이 없는 hair는 coloring시 색이 고르게 나타나지 않으며 퇴색되기 쉽다. 그러므로 컨디셔너 염모제를 사용 간충물질을 채운 상태로 coloring 한다. 손상모(damaged hair)는 거의 탄력성이 없는 hair이다. 모발은 물리적 화학적 방법에 의해 여러 형태로 바꿀 수 있다.
(5) 모발의 밀도(density)
같은 면적 안에 hair의 수가 많으면 밀도가 높은 것(dense hair)으로서 굵은 모(thick hair), 얇은 모(thin hair), 숱이 적은 모(fineo hair), 숱이 많은 모(dense hair), 드문드문 난 모발(sparse hair)등은 모발의 밀도를 표현한다.
(6) 모발의 두께
hair를 전체적으로 보았을 때 두께의 차이는 식별하기 어렵다. 그러나 여러명의 모발을 잘라서 구별해보면 그 차이가 난다. 더 정확히 측정하기 위해서는 측정기로서 마이크로게이지 또는 마이크로메타(macrometer)로서 측정시키면 수치가 나온다. 동양인의 모발 두께 0.05∼0.15㎜, 털의 두께 역시 성장기까지는 두꺼워지지만 장년기, 노년기에는 점차 얇아진다.
(7) 고착력
모근은 모낭안에 쌓여있다. 모근을 싸고 있는 가장 아래층 내외모근초와 모낭의 내모근초 내면은 서로 밀착되어 있고, 모구(hair bulb) 안에 모유두(papllia)가 형성되어 서로 분리가 잘 되지 않는다. 한가닥의 hair를 뽑기에는 평균 50g의 힘이 필요하다. 하루에 50∼100개 정도는 휴지기에 들어가 있는 모발로서 탈모가 수반된다.
(8) 모발의 경도
모발은 색이 검고 굵으며 무거우며, 색이 엷고 가늘면 가볍다. 또한 모표피(cuticle)의 비늘층이 두꺼우면 무겁고 얇으면 가볍다. 동양인의 cuticle은 5∼15매로 서양인은 3∼10매로 구성되어 있다. 그러므로 동양인의 모발이 무겁다.
(9) 모발의 흡습성
모발은 습도의 변화에 아주 민감하다. 건강모는 10∼15%의 수분을 함유하며 손상모가 되면 10%미만이 된다. 모발 최대 흡수량은 35%이며 모가 손상될수록 흡습량은 더욱 커진다. 이러한 흡습성을 이용, 염색제, 탈색제, perm제 등을 흡수하는데 이용하며 가끔씩은 두발 무게의 30∼40%의 물이 keratin 안의 수소결합선의 형태로 흡수되기도 한다. 그러므로 두발의 1∼2%의 길이와 15% 정도의 지름을 넓힐 수 있다. 그러므로 흡수하는 성질을 이용하여 기름이 바다에 누출되었을 때 머리카락을 이용 기름을 흡수시킨 모발을 수거하여 태운다.
(10) 모발의 열변성
모발은 열에 강하다. 열이 모발에 미치는 영향은 건조열과 습열 등의 상태에 의해 달라질 수 있다. 건열에서는 외관적으로 130 전후에서 팽창되고 그 성질은 거의 변하지 않는다. 140 에서 변하기 시작한다. 이때 수질 중의 기포가 팽원되고 180 이상이 되면 피질도 팽윤, 200∼240 에서 기포의 일부분이 파열 270 이상이 되면 탄화가 시작된다. 기계적인 강도는 80∼100 에서 약화 화학적으로는 150 전후에서 시스틴의 감소를 볼 수 있고 180 가 되면 α-keratin이 β-keratin으로 변한다. 습열에서는 시스틴의 감소는 100 전후에서 볼 수 있고 130 에서 10분간 열을 가하면 keratin의 α형은 β형으로 변한다.
(11) 광학적 성질
태양광선은 적외선, 가시광선, 자외선으로 구별되고 이중 모발에 영향을 주는 적외선(열선, 물체에 닿으면 열을 발생)과 자외선(도르노선, 화학선)이다. 모발 케라틴은 과도한 자외선에 의해 케라틴 변성인 모발의 시스틴 함량이 줄어들거나 멜라닌 색소가 파괴되어 모발의 손상과 탈색이 유발된다.
(12) 모발과 물의 관계
케라틴 섬유의 수분량은 상대온도 이외에 섬유의 건조상태에도 의존한다. 모발중의 수분량은 상대습도(RH)에 의해 변한다. 상대습도가 증가되면 수분량 역시 증가된다. 다양한 상대습도에 있어서 양모의 하중신장특성은 상대습도의 증가와 함께 최대신장(절단시의 신장율)도 증가한다. 모발 중의 수분량은 모발의 기계적 및 미용상의 특성에 중요한 역할을 담당한다.
Chamberlain과 Speakman은 건조상태에서의 수분 흡수 및 상대습도 100% 상태로부터 수분을 탈수화 시켰을 때의 모발 수분량을 보고하였다. 이 결과 중정도의 상대습도에서의 수분량은 탈수법 보다도 수화법의 수치가 약간 낮으며 불균등하게 나타났다.
물의 흡착에 있어서는 keratin 섬유의 친수성기(amino, carboxyl, hydroxyl, phenal기 등) 및 peptide bond의 관여함은 틀림없다고 보았다. 나일론에 의한 물의 흡수는 거의 일어나지 않는 반면 단백질에 흡착된 물분자의 수는 이들 단백질 중의 극성기의 수에 비례한다. 인모와 양모의 핵자기공전(NMR)을 이용한 분광학적 연구에 의하면 케라틴 섬유중의 프로톤(proton, 양자)은 수소결합하고 있어 액체 중에서 보다 더 이동하기 어렵다.
케라틴 섬유중의 물은 25% RH 이하의 낮은 습도에서는 수소결합에 의해 섬유의 친수기에 결합, 습도가 증가하면 물의 흡착량은 증가하고 이미 단백질과 화합하고 있는 물의 결합에너지는 감소한다.
(13) 모발의 미량원소
모발 중의 C, H, N, S, O 이외의 여러 원소의 정량에 관해 많이 연구되어 왔으나 모발의 무기성분의 포괄적인 연구는 거의 없었다. 모발의 주요한 금속성분은 섬유구조의 필수성분 즉 단백질이나 색소의 측사와 염결합 또는 배위복합체로서 존재 즉 금속 침착물로서 존재할 가능성이 많다.
모발의 미량원소로서 Ca, Mg, Sr, B, Al, Si, Na, K, Zn, Cu, Fe, Ag, Au, Hg, As, Pb, Sb, Ti, W, V, Mo, I, P, Se임이 보고되고 있으나 이들 원소의 대부분에 관해 실제의 기원은 확실히 알 수 없다. Bate 등의 학자들은 모발의 미량원소의 대부분은 오염된 퇴적물에 의한 것이라고도 한다. 외적요인의 유래와는 달리 비소나 수은 등은 중독시 모발 속에 존재하며 추출할 수 있었다. Dutcher와 Rothman은 붉은 모발은 다른 모의 색보다도 회분 및 철분이 많이 들어있으며 흑모는 백모보다도 황산제1철로서 철 흡착능이 높다.
(14) 모발과 피부의 melanin
a. 모발의 색은 모발 중에 함유되어 있는 melanin의 색소량에 따라 결정되며, 백발은 색소의 이상현상으로 볼 수 있다. 모유두에 접해 있는 모발의 끝부분에 위치하고 주위에 돌기를 가진 색소세포인 melanocyte는 tyrosinase라는 산화효소를 함유하고 있으며, 적혈구가 공급하는 amino acid인 tyrosine을 원료로 하여 melanin 색소 과립을 만들어 낸다. 즉 뇌하수체에서 색소세포자극 hormone이 분비되면 melanocyte의 tyrosinase는 tyrosine을 산화·중합하여 DOPA를 만들고, 중합이 거듭되면서 DOPA-chromium(Cr)을 거쳐 melanin 과립이 만들어진다. 이 melanin은 작은 단백질과 결합하여 melanocyte의 돌기부 끝으로 방출된 melanin색소는 모발이 각화되기 전에 피질세포 안에 들어가 성장하여 모발색을 구성한다. 모발의 색은 melanocyte의 기능 활성 여부에 의해, 생산되는 melanin의 양에 의해서 모발 색으로서의 짙기가 달라진다. 그러므로 색소세포로서 melanocyte의 기능이 저하되면 흰머리가 생긴다. 흰머리의 생성은 유전 또는 고열병이나 정신적 쇼크 등이 원인이 되며, 근본적으로 melanocyte가 사멸되면 영구히 백발이 된다.
모발 염색제에 사용되는 알칼리 성분은 모발 내부의 피질을 부풀게 하여 색소분자(pigments)가 착색되게 만든다. 대체로 서양인의 cuticle은 얇고 cortex는 단단한 반면, 동양인의 cuticle은 굵으며 cortex는 약하다. 그러므로 염색 후의 착색력, 색상보유 기간, 광택 등의 조건이 같아도 인종에 따라 달리 표현된다. 동양인의 hair의 구성물질인 melanin은 eumelanin이 pheomelanin(eumelanin or granular pigments)보다 많으므로, 즉 유멜라닌 또는 입자형 색소로서 흑색에서 적갈색까지의 어두운 모발 색을 띄므로 모발 색상이 어두워져 보이며, 이와는 반대로 서양인은 페오멜라닌 또는 분사형 색소(pheomelanin or diffuse pigments)로서 pheomelanin(eumelanin or granular pigments)이 eumelanin보다 많으므로 적색에서 노란 색까지의 밝은 색의 결정을 띄게 되어 모발 색상은 밝고 부드러운 느낌을 주게 된다.
b. 피부의 투명도 및 혈액에 관계되는 melanin 생성 세포인 melanocyte는 기저층막에 붙어 있으며 수지상의 돌기를 가지고 있다. 돌기로부터 피부세포의 분열각화와 함께 위쪽으로 밀리면서 멜라닌 색소는 피부에 착색하게 된다. 착색된 피부는 기저층 위에 있는 유극층 내에 포함되어 있는 -SH에 의해 환원·표백되어 과립층에서 각질층으로 변화하는 사이에 melanin이 거의 대부분 없어지는 자기표백작용을 한다.
또한 vitamin C는 뇌하수체전엽 hormone의 작용을 도와 부신피질 호르몬의 분비를 촉진시키며 이러한 호르몬의 분비는 유극층내의 -SH기를 자극시켜 melanin의 표백작용을 도와준다. 그러나 vitamin C 자체의 작용으로는 기저층의 melanin 색소를 표백시킬 수 없다. 이와 같이 피부는 자기표백작용이 있지만 모발의 경우에는 melanin을 가진 세포의 각화가 피부각화의 경우보다 빠르므로 자기표백작용을 할 시간이 없다.
피부의 melanin은 표피의 기저층 밑에서 진피를 향해 이동하고 진피의 담색세포로 들어가 혈관 또는 림프관을 통해 체외로 배출되지만 색소 이상으로서 기미, 반점, 점, 주근깨 등을 만들기도 한다. 진피의 얇은 곳에 생기는 기미는 검게 보이며 조금 깊으면 빨갛게 보이고, 더욱 깊은 곳에 생기면 파랗게 보이는 반점으로 나타난다. 주근깨는 유전성에 가깝고, 기미는 간장질환과 관계가 있으므로 간장질환이 치유되면 자연히 없어질 수 있지만 발생원인은 다양하고 분명하지는 않다.
melanin의 작용은 모발 및 피부에 적당히 분포되어 강한 일광 광선으로부터 신체를 보호하고 빛을 흡수해서 열에너지로 바꿔 체내로 축적시키며 보온 및 세포의 생활기능을 높이며 피부 생리에 주요한 역할을 한다.
각질층 ← 유극세포 ← 기저세포 ← melanin → 담색세포 → 혈액, 림프 → 배설
(각화탈락) (멜라닌 과립을 부식) (자기표백작용)
⑮ 모발과 광선과의 관계
건조한 상태의 모발은 광선의 영향을 적게 받는다. 파장이 짧은 자외선은 모발 keratin의 변성을 가져다 준다. 자외선이 많은 고원이나 해변의 옥외에 많이 노출된 사람의 모발은 perm시술이 잘 되지 않는데, 이는 자외선의 영향을 받은 모발 keratin이 변성되었기 때문이다. 양모의 경우에도 옥내에서 사육된 양의 털보다 야외에서 방목된 양모가 cystine 함량이 더 적다.
파장이 긴 가시광선이나 근적외선은 모발에 직접적인 영향은 없으나 약액에 젖은 모발에 가시광선이나 근적외선을 쬐면 약액의 화학반응을 촉진시키고 간접적으로 모발에 영향을 준다. 예로서 hair tint(coloring) 또는 perm 시술 중의 열처리는 컬러링의 경우 염료의 산화 중합을 촉진시키거나 melanin 색소를 분해한다. perm시의 열처리 또한 화학반응을 촉진시킨다.
빛이 어떤 표면에 입사되면 일부는 입사각과 동일한 각도로 정반사되며 그 밖의 일부는 입사각과는 다른 각도로 산란 반사된다. 모발에 빛이 투과되면 입사광은 표면에서 반사 또는 굴절된다. 굴절된 입사광의 일부는 모발 내에 들어와 흡수되고 모발 내에서 반사, 굴절된 후 다시 모발 밖으로 산란된다. 빛의 굴절이 일어나면 왜 모발의 광택이 없어지는지, 또 빛의 흡수가 일어나면 왜 광택이 발생되는지 의문스러울 때가 있다.
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