毛髪表面の構造変化と熱ダメージ解析
岐阜大学 工学部 生命工学科
生命情報工学第二講座
吉田(敏)研究室
鈴木加菜子

毛髪について
近年ではもともとの役割...
頭部の保護や体温調節自己表現の役割も担うように！
→ 女性を中心にヘアケアが注目され始めた。

毛髪ダメージの機構を明らかにすることがヘアケアにつながる毛髪ダメージの主な原因
・ 紫外線・熱・化学処理→ 太陽光→ ドライヤーやヘアアイロン→ ヘアカラーやパーマ

ドライヤーやヘアアイロン： 使い方によって熱量が異なる。
温度による毛髪ダメージの違いを明らかにすることで、日常的にダメージを軽減する手だてを得られるのではないか ?

実験手順
加熱処理とFT-IR 測定

毛髪表面の観察

毛髪脂質抽出GC/MS 測定

実験手順
加熱処理とFT-IR 測定

毛髪表面の観察

毛髪脂質抽出GC/MS 測定

(分解能 8 cm-1)

水道水で1 min 洗浄 (#1)未処理(Control 1 )サンプル準備
毛髪4 cm×4 本

10 min 放置温度

距離60℃

12 cm

70℃

10 cm

80℃

5 cm

 (#2)熱なしブロー 5 分 (Control 2 ) (#3) 3 分 熱風
 (#4) 6 分 熱風 (total 9 min) (#5) 10 分 熱風 (total 19 min)
赤外線温度計
SK-8140 , SATO KEIRYOKI MFG.CO. , LTD実験手順
加熱処理とFT-IR 測定

毛髪表面の観察薄いガラス板で挟む

毛髪脂質抽出GC/MS 測定

デジタルマイクロスコープで観察する(×2,100)

Leica DVM5000 (vz100(c) 700x/0.80)

実験手順
加熱処理とFT-IR 測定

加熱処理した毛髪サンプル

毛髪表面の観察

毛髪脂質抽出GC/MS 測定

C：M = 1：2
5 ml

80% MeOH
冷蔵庫で二日間かけ抽出↓ホモジナイズ↓3,000 rpm×10 minで3回遠心↓
濃縮乾燥サンプルの洗浄

glass-glass homogenizer
でホモジナイズ実験手順
加熱処理とFT-IR 測定

毛髪表面の観察

毛髪脂質
抽出

GC/MS 測定

メチルエステル化
5% HCl-MeOH 0.1 ml
脱水MeOH
0.4 mlHexane 5 ml

100℃ で 1hr 加熱
濃縮乾燥させた
毛髪脂質

1min シェイク↓
3,000 rpm×5 min 遠心分離
↓
上層を乾燥
↓
GC/MS 測定

解析方法

解析方法
FT-IR 解析

毛髪表面の観察

GC/MS 解析

解析方法
FT-IR 解析・ 1020 cm-1

毛髪表面の観察・ 1710 cm-1

キューティクルとコルテックスの界 カルボン酸由来の C=O 伸縮によ面にある物質のピークるピーク→ キューティクルのはがれやすさ → 遊離脂肪酸の指標の指標

𝐴1002−𝐴1020

A1020=𝐴1002−𝐴1042

A1710=A1710-A1732

GC/MS 解析・ 1642 cm-1 , 1624 cm-1
アミドⅠ由来の C=O 伸縮によるピーク→ ヒト毛髪蛋白質におけるαヘリックス構造とβシート構造の指標

𝐴1642

A1642=𝐴1635
𝐴1624

A1642=𝐴1635

解析方法
FT-IR 解析

毛髪表面の観察

GC/MS 解析キューティクルの形や重なっている部分の様子を見る。

キューティクルの突起部 (cuticle jut) を見る。
(ⅰ) 50μmあたりのキューティクルの数を数える。
(ⅱ) 突起部の長さを測定する。

解析方法
FT-IR 解析

毛髪表面の観察

GC/MS 解析

18-MEA (18-methyl eicosanoic acid)
毛髪表面にチオエステル結合しており、毛髪を健康に保つ役割をしている。

18-MEATG C19:0 標準品

𝟏𝟖𝑴𝑬𝑨 𝑷𝒆𝒂𝒌 𝑨𝒓𝒆𝒂

18-MEA 𝐦𝐨 𝐥 𝐦 𝐠 = 𝑻𝑮 𝑪𝟏𝟗:𝟎 𝑷𝒆𝒂𝒌 𝑨𝒓𝒆𝒂 ×𝟏𝟎[𝝁𝑴× 𝟏𝟎[𝝁𝓵𝟑𝟏× 𝒉𝒂𝒊𝒓 𝒔𝒂𝒎𝒑𝒍𝒆 𝒎𝒈

結果

FT-IR 解析の結果#1 未処理 (control 1)#2 熱無しブロー 5min (control2)#3 熱風 3min
#4 熱風 6min
#5 熱風 10min・ A1020 (キューティクルの指標)(n=6)

p≒0.37(n=6)(n=6)
p≒0.21値の増加は、物質の増加を表している
1020 cm-1 はキューティクルとコルテックスの界面に存在する物質のピークであり、キューティクルがはがれると検出される。

80℃ で加熱し続けるとより多くの、キューティクルがはがれると考えられる。

p≒0.045

FT-IR 解析の結果#1 未処理 (control 1)#2 熱無しブロー 5min (control2)#3 熱風 3min
#4 熱風 6min
#5 熱風 10min・ A1710 (遊離脂肪酸の指標)
(n=6)

(n=5)
p≒0.37(n=6)
p≒0.22値の減少は、物質の増加を表している
全体的に遊離脂肪酸が増加傾向にあり、特に 80℃のときに大きく変化した。

熱によって、毛髪表面にエステル結合していた脂肪酸が遊離したと考えられる。

p≒0.0067

FT-IR 解析の結果#1 未処理 (control 1)#2 熱無しブロー 5min (control2)#3 熱風 3min
#4 熱風 6min
#5 熱風 10min

・ A1642 (αヘリックス構造の指標)(n=6)

p≒0.13・ A1624 (βシート構造の指標)(n=6)

p≒0.24αヘリックスとβシートにおいて相補的に変化した。
また、温度が高くなるにつれて変化が大きくなった。

(n=5)

(n=6)
p≒0.026p≒0.0078

値の増加は、物質の増加を表している(n=5) p≒0.032(n=6)p≒0.0014

βシート構造がαヘリックス構造に、構造変化した可能性がある。
また、処理熱が高温になるほど変化が大きい。

毛髪表面の観察

黒い溝のように見えると エンドキューティクル

60℃

http://www.fides.dti.ne.jp/~star/hair/hair1.htm

70℃キューティクル間の溝の幅が小さくなった。
↓

80℃

キューティクル間にあるCMC(cell membrane complex) やエンドキューティクルが減少したためと考えられる。

毛髪表面の観察
キューティクルの突出部の様子(n=32)

60℃

70℃(n=32)

80℃

高温で熱処理するほど、観察できるキューティクルの数が減少し、また小さくもなった。

キューティクルとキューティクルの間に存在している CMC などが減少したためだと考えられる。

GC/MS分析
結果

18-MEAp≒0.0055

脂質抽出した毛髪 1mg に含まれる18-MEAの量は、加熱処理をした方が多く検出された。

18-MEA は毛髪表面にチオエステル結合しており、キューティクルとキューティクルの間にも存在している。
熱によって 毛髪表面から遊離した18-MEA が増えたと考えられる。

まとめ

まとめ
 熱によってキューティクルがはがれやすくなり、また毛髪表面に結合していた脂肪酸が遊離しやすくなった。さらに蛋白質の構造変化も起こりやすくなった。これらの変化は 80℃から起こった。
→ 毛髪は 80℃あたりからダメージを受け始めると考えられる。

 毛髪から抽出された 18-MEA は、加熱処理された毛髪の方が多かった。
→ 加熱によって、より多くの 18-MEA が毛髪表面から遊離してしまう。
熱によってキューティクルの間にある CMC (cell membrane complex)などが壊れやすくなり、キューティクル間の隙間がなくなる。

ドライヤーなどを使用する際に、髪との距離を遠ざけるなどして毛髪温度の上昇を防ぐとよい。

補助資料 毛髪を健康に保つために重要なもの＊ CMC＊ キューティクル＊ 18MEA (18 metyl eiconoic acid)補助資料
 毛髪を健康に保つために重要なもの＊ CMC＊ キューティクル＊ 18MEA (18 metyl eiconoic acid)

1. 水分や油分、薬剤の通り道
美容室で使うような薬剤は（パーマ液、ヘアカラー剤）このCMCを通って毛髪内部に浸透。また必要以上に入り過ぎないよう浸透調整する機能。

2. キューティクル、コルテックス細胞同士の接着
キューティクルの剥離、リフトアップを防いでダメージから守り、バサツキを防ぎ、細胞間のクッションとなり柔軟性を与えます。

3. 適正な水分量の維持
毛髪内部の水分量を一定に保ち毛髪内部から潤いを与えます。

4.健全毛の証、疎水性の維持
特にヘアカラー毛の方にはCMCの存在はなく、疎水性（水を弾く）効果がなく不必要に水を含みコシがなくなったり、なかなかか乾かないなど、非常に不健全な状態になります。

http://www.kamifu-sen.com/mt/cmc.htm

補助資料 毛髪を健康に保つために重要なもの＊ CMC＊ キューティクル＊ 18MEA (18 metyl eiconoic acid)

キューティクルは 4～10 枚重なって髪の内部組織を守っている。
キューティクルが整っていれば、指で触った時にツルツルしています。逆にガサガサであれば、キューティクルがはがれ、髪にダメージがある証拠です。

http://www.fides.dti.ne.jp/~star/hair/hair1.htm

補助資料
 毛髪を健康に保つために重要なもの＊ CMC＊ キューティクル＊ 18MEA (18 metyl eiconoic acid)

http://www.kao.com/jp/haircare/structure_02.html

キューティクル各層の表面は、「18-ＭＥＡ（18-メチルエイコサン酸）」と呼ばれる脂質で覆われている。
18-ＭＥＡは、髪全体に占める割合はわずか１％未満にすぎないが、毛髪表面の摩擦を低減してまとまりをよくする働きがあり、髪のツヤや手触りに関わってくる。
ただし紫外線やヘアカラー（ブリーチ）で失われやすく、１回のヘアカラー処理をしただけで、80％が簡単に失われてしまう。
しかも、18-ＭＥＡはトリートメントなどに単純に配合するだけでは、毛髪表面に定着させ続けることはできない。