Chemie der - Technische Universität Darmstadt

Chemie der 

haarkosmetischen Mittel 

Prof.Dr.Günther Lang Vorlesung Kosmetikchemie II 1

Inhalt der Vorlesung 

1. DAS HAAR 

2. HAARVERFORMUNG 

3. HAARPFLEGE UND REINIGUNG 

4. FRISURERHALTUNG 

5. HAARFARBEN 


1. Das Haar 

� 1.1 Allgemeines 

� 1.2 Haarwachstum 

� 1.3 Struktur des Kopfhaares (Morphologie) 

� 1.4 Chemische Zusammensetzung 

� 1.5 Haarstruktur und physikalische Eigenschaften 

� 1.6 Haarkrankheiten 

� 1.7 Haarschäden 

� 1.8 Literatur 


1. DAS HAAR 


1. DAS HAAR 


1. DAS HAAR 

� Schutz gegen Wärme und Kälte, 

� gegen Schläge und Hiebe 

� Halt für das Baby, das sich an 

die Mutter klammert 

� vielseitige Schutzfunktionen 


1. DAS HAAR 

� haben wir weniger Haare als 

unsere Vorfahren? 

� dünner, kürzer, feiner 


1. DAS HAAR 

� das ist uns 

geblieben 


1. DAS HAAR 

� aber das sind die wirklich 

unbehaarten Stellen 


1. DAS HAAR 

� Warum hat die Evolution unsere 

Haare so weit verschwinden 

lassen? 

� viele Theorien 

� meistens Vorteil in der 

Evolution 

� weniger angreifbar durch 

Parasiten 

� einfacher zu reinigen 

� bessere Beweglichkeit in 

Dickicht und Wasser 

� Schweißdrüsen 

� Mensch hat die beste, 

„Klimaanlage" 

� Wärme aus erhitztem 

Metabolismus (Jäger!) 

konnte besser abgeleitet 

werden 


1. DAS HAAR 

� Eigentlich „brauchen“ wir keine Haare 

aber: 

� Warum hat das Haar trotzdem so eine hohe, 

Bedeutung in unserer heutigen Gesellschaft? 

� Warum gibt es ganze Industrien, die sich mit seiner Pflege 

beschäftigen? 






1. DAS HAAR 

�Bedeutung in der Gesellschaft 

� sozial 

� sexuell 

� symbolisch / mythologisch 


1. DAS HAAR 

� Haarpflege ist uralt 

� ägyptische Plastik (2000 v. 

ch.) Dame mit Baby, die 

sich ihr Haar richten läßt 


1. DAS HAAR 

� Haarpflege ist zeitlos 

� 4000 Jahre später 

Picasso 


1. DAS HAAR 

� Haar ist extrem 

widerstandsfähig 

� mechanisch 


1. DAS HAAR 

� Haar ist extrem 

widerstandsfähig 

� mechanisch 

� chemisch, Zerfall 


1. DAS HAAR 

� chemisch, Zerfall 


1.1 Allgemeines 

� 100.000 − 150.000 Kopfhaare 

� keine regelmäßige Anordnung 



� Durchmesser 

40 − 120 Mikrometer 

(0.04 − 0.12 mm) 



� Form und Durchmesser 

unterschiedlich nach Rasse 

� − kaukasisches Haar 

� − asiatisches Haar 

� − negroides Haar 



� normalerweise nicht rund, 

häufiger elliptisch 

(meliertes europäisches) 

� Japanisches (asiatisches) 

Haar (dicker und runder) 

� “Kein Haar gleicht dem anderen.” 



� Negroides Haar 

(stark elliptisch) 


1.2 Haarwachstum 

1.2.2Die Haut 

� größtes Organ des menschlichen Körpers (1.5 − 2 qm) 

� Trennschicht zwischen Körperinnerem und Umwelt 

� Dicke 1.5 − 4 mm 

� Funktionen: 

� Schutz vor Wasserverlust 

� Bakterien, Pilzen, Chemikalien, Strahlung etc. 

� Wärmeregulation: Schwitzen, Gänsehaut 

� Sinneseindrücke: Fühlen, Tasten, Wärme- u. Kälteempfinden 

� Kommunikation: Erröten, Erblassen 

� Speicher: Energie, Wasser, Salz 


Querschnitt durch die Kopfhaut 

Oberhaut 

(Epidermis) 

Hornhaut 

Keimschicht 

Lederhaut 

(Corium) 

Talgdrüse 

Schweißdrüse 

Unterhautfettgewebe 

(Subcutis) 

Blutgefäße 



1.2.2 Das Haarfollikel 

� Haarfollikel − 

Einstülpung der Oberhaut (Epidermis) 

� Zellteilung (Mitose) 

� im untersten Follikelbereich (Follikelmatrix) 

� ⇒ ständige Neubildung des Haares 

� Weitertransport nach oben (Extrusion) 

� ⇒ Versorgung über Haarpapille 

(Stoffwechsel) 

� Längenwachstum des Haares 

� ca. 1 cm/Monat 

� 14,5 µm/Stunde 



1.2.2 Das Haarfollikel 

� Schematische 

Darstellung: 

Zone der 

Keratinisierung und 

Entwässerung 

Bildung von 

Keratinen 

Zellwachstum 

und Differenzierung 

Cortex (Rinde) 

Medulla (Mark) 

Haarcuticula 

Haarschaft 

Innere 

Wurzelscheide 

Äußere 

Wurzelscheide 

Haarcuticula 

Basalmembran 

Haarbalg 

Dermale Papille 

Pigmentzellen 

(Melanozyten) 

Trichozyten 

(Matrixzellen) 

Blutgefäße 



1.2.3Lebenszyklus des Kopfhaares 

� 3 Lebensstadien 

� Wachstumsperiode 

ANAGENPHASE 4 − 6 Jahre 

� Übergangsperiode 

KATAGENPHASE 4 Wochen 

� Ruheperiode 

bis Haarausfall 

TELOGENPHASE 

ca. 6 Monate 

� ca. 100 Haare pro Tag = natürlicher 

Haarausfall 

� ⇒ neues Anagen-Haar stößt 

� 

darüberliegendes Kobenhaar hinaus 

ca. 90 % sind im Anagenstadium 




� Wachstumsperiode ANAGENPHASE 

4 − 6 Jahre 




� Ruheperiode 

bis Haarausfall 

TELOGENPHASE ca. 6 Monate 


1.3 STRUKTUR DES KOPFHAARES 

(MORPHOLOGIE) 

� Hauptkomponenten eines 

Haares: 

� Cuticula - Schuppenschicht 

� Cortex - Faserschicht 

� Medulla - Markstrang 

� Zellmembrankomplex - 

Kittsubstanz 

� Melanin - Pigmente 



(MORPHOLOGIE) 

� Cuticula − 

Schicht aus ca. 5−10 

Lagen flacher, 

schindelförmiger 

Zellen, 

schuppenartig rund 

um das Haar 

angeordnet. 

Ca. 10 Gew.-% des 

Haares 



(MORPHOLOGIE) 


TEM Querschnitt 

Ansatz - 

ungeschädigt 

Spitze - geschädigt 



(MORPHOLOGIE) 

ungeschädigt / 

Ansatz 

geschädigt / 

Spitze 



(Schwefelgehalt im Haarquerschnitt) 

Menschenhaar Merinowolle 

Kassenbeck 1975 

(REM- 

Röntgenfluoreszenz) 

Parbhu 1999 (AFM) 



(MORPHOLOGIE) 


schematischer 

Aufbau 



(MORPHOLOGIE) 


schematischer 

Aufbau 



(MORPHOLOGIE) 


schematischer 

Aufbau 



(MORPHOLOGIE) 


Funktion 



(MORPHOLOGIE) 


Regeneration 



(MORPHOLOGIE) 

� Cortex − Haarfaserstamm aus länglichen, spindelförmigen Zellen, 

die gegeneinander versetzt parallel zur Haarachse 

angeordnet sind.“Fibrillärer” Aufbau des Zellinneren. 



(MORPHOLOGIE) 

� Cortex − Haarfaserstamm aus länglichen, spindelförmigen Zellen, 

die gegeneinander versetzt parallel zur Haarachse 

angeordnet sind.“Fibrillärer” Aufbau des Zellinneren. 


1.3 STRUKTUR DES 

HAARES (MORPHOLOGIE) 

� Cortex 

heutige Modellvorstellung 

Haar/Wolle 



HAARES 

(MORPHOLOGIE) 

� Cortex 

vom Intermediärfilament 

zum Dimer 



HAARES 

(MORPHOLOGIE) 

� Cortex 

vom Dimer 

zum Molekül 


1.3 STRUKTUR 

DES 

HAARES 

(MORPHOLOGIE) 

� Cortex 

Keratine 

Keratinassoziierte 

Proteine 



(MORPHOLOGIE) 

� Medulla − Zellreihe in der Haarmitte (Markkanal), die partiell mit 

Keratin und/oder Luft gefüllt ist. 

Längsschnitt mit 

Medullazellen 



(MORPHOLOGIE) 

� Medulla 

Blick in 

Medullazellen 



(MORPHOLOGIE) 

� Medulla − Vergleich Tierhaar - Menschenhaar 

Tierhaar - 

Menschenhaar 



(MORPHOLOGIE) 

� Zellmembrankomplex 

dünne Protein/Lipid-Schicht zwischen allen 

Zellen, die den Zusammenhalt gewährleisten. 

Cuticulazelle mit 

Membrankomplex 



(MORPHOLOGIE) 

� Melanin − kleine Pigmentkörnchen (Granula) in Cortexzellen, 

welche die natürliche Haarfarbe hervorrufen. 



(MORPHOLOGIE) 

� Melanin − unterschiedliche 

Pigmentstrukturen 

� blondes Europäerhaar 

� Ausnahme - in Cutikula 

� schwarzes Japanerhaar 

� tiefschwarzes 

Afrikanerhaar 



KOPFHAARES 

(MORPHOLOGIE) 


1.4 Chemische Zusammensetzung 

Gesamtzusammensetzung 

� Chemische Hauptkomponenten 

� 4 KOMPONENTEN ANTEIL 

� (1) Proteine 94 % 

� (2) Fette (Lipide) 5 % 

� (3) Spurenelemente < 1 % 

� (4) Wasser + ca. 10 % 

� ⇒ Hauptkomponente Protein 

� Proteine: biologische Makromoleküle 

Bausteine − Aminosäure, verknüpft durch 

“Peptidbindungen” 



1.4.1Proteine 

Unterschiedliche Keratinproteine des Haares: 

Chemische 

Einteilung: 

Schwefelreiche 

Proteine 

Schwefelarme 

Proteine 

Molgewicht: 10 − 30 Tsd. 45 − 60 Tsd. 

Anteil am 

Gesamtprotein: 

40 % 60 % 

Zustand: amorph amorph 

Heutige 

Bezeichnung 

Vorkommen in 

morphologischen 

Komponenten 


Proteine 

in Matrixproteinen, 

Exocuticula 


Proteine 

in 

Nichtkeratinen 

− Endocuticula 

− Cortex 

α-Helix, kristallin 

(ca. 50 %) 

Keratine 

Typ I sauer 

Typ II basisch 

in 

Mikrofibrillen 

des Cortex 


Scanning electron micrographs of the hair after extraction 

(a) The hair after extraction of the 

matrix proteins with 2 M 

mercaptoethanol in the extraction 

solution 400x. 

Quelle: Int. Journ. of Cosm. Scie., 2002, 24, 163-169 

Prof. H. Zahn, DWI, Aachen „Progress Report on hair keratin research“ 

(b) After extraction of the 

microfibrillar proteins with 0.4 M 

mercaptoethanol in the extraction 

solution only the cuticle remains 

500x. 



1.4.1.1 Aminosäuren 




Hydrophob Glycin, Alanin 

Valin, Leucin 

Isoleucin, Prolin 

Hydrophil 

sauer 

Hydrophil 

neutral 

Hydrophil 

basisch 

Beispiel Anteil 

Asparaginsäure 

Glutaminsäure 

Cysteinsäure 

Serin 

Threonin 

Arginin, Lysin 

Histidin 

36 % 

17 % 

22 % 

10 % 

Doppelaminosäuren Cystin 10 % 




� Cystin wichtigste Aminosäure, charakteristisch für 

Keratine 

⇒ Vernetzungsstellen zwischen Proteinketten 

� übergeordnete Proteinstruktur 

- Dimere - 

- Keratinintermediärfilamente 

(Mikrofibrillen) 

� Leichtes Übergewicht der sauren Gruppen 

⇒ Naturhaar in neutr. Wasser reagiert leicht sauer 

isoionischer Bereich bei pH 5 − 6 




� Proteinstruktur wird durch folgende 

Bindungstypen stabilisiert: 

� (1) Cystin-Brücken (Dauerwelle) 

� (2) Wasserstoffbrücken (Wasserwelle) 

� (3) Salzbrücken − zwischen 

sauren und basischen Seitengruppen 

� (4) Van der Waalssche Bindungen 

(hydrophobe Wechselwirkungen) − zwischen 

hydrophoben Seitengruppen 




� Cystin-Brücken 

� Salzbrücken 

− zwischen sauren und 

basischen Seitengruppen 

� Wasserstoffbrücken 

� Van der Waalssche 

Bindungen 



1.4.2Wasser 

zweithäufigste Komponente 

gebundenes Wasser 

bei 50% rel. Feuchte 

10% im Haar 

WASSER 

freies Wasser 

bei 80% rel. Feuchte 

30% im Haar 



1.4.3Fette 

Cholesterin und 

Cholesterinester 

ca. 30% 

Fette 

2-5 % des Haares 

freie Fettsäuren 

Neutrallipide 



1.4.4Spurenelemente 

Eisen FE 

Kupfer Cu 

Mangan Mn 

Zink Zn 


1.5 Haarstruktur und physikalische Eigenschaften 

Welche morphologischen Komponenten sind für die 

Eigenschaften des Haares verantwortlich? 

physikalische wird bestimmt durch 

Eigenschaft Strukturkomponente 

� Dehnbarkeit � Haarfaserstamm 

� Quellung � Cortex 

� Reibung � Cuticulaoberfläche 

� Kämmbarkeit � Cuticula 

� Glanz � Cuticula, Medulla 

� Kräuselung � Cortex, Verhältnis 

ortho-para Zellen 


1.6 Haarkrankheiten 

• Haarausfall/Glatzenbildung (alopecia androgenetica): 

kein Verschwinden der Follikel, sondern 

Umwandlung von Terminalhaar in Flaumhaar 



• Trichorrexis Nodosa: 

kleine weiße 

Verdickungen entlang 

des Haarschafts, 

an denen das Haar bei 

geringer mechanischer 

Belastung reißt. 

Grund: 

Keratinfehlsynthese 



� Nest einer Kopflaus 


1.7 Haarschäden 

� Einflußfaktoren: 

� mechanische 

Behandlung 

Kämmen, Bürsten, 

Toupieren, Wäsche etc. 




� klimatische 

Einflüsse Licht, 

Feuchte, Wasser 




� chemische 

Behandlung 

Dauerwelle, 

Farbe, 

Blondierung 



� Einfluß auf Morphologie 

Aufrauhung, 

Schuppenkanten 

� Versprödung, Spliss 

� Einfluß auf Chemie 

Oxidative Veränderungen 

� ⇒ verändern auch mech. 

Eigenschaften 



� Einfluß auf Morphologie 

Aufrauhung, 





� Einfluß auf 

Morphologie 

Aufrauhung, 








Chemie 

Oxidative 

Veränderungen 

� ⇒ verändern 

auch mech. 

Eigenschaften 





Oxidative 



auch mech. 

Eigenschaften 





Oxidative 



auch mech. 

Eigenschaften 


1.8 Literatur 

� Asquith, R. S. 

Chemistry of Natural Protein Fibres 

Verlag: John Wiley and Sons, London, New 

York, Sydney (1977) 

♦ Orwin, D. F. G. 

The cytology and cytochemistry of the 

woolfollicle 

International Review of Cytology, Vol. 60 

(1979) 

♦ Orfanos, C. E. 

Haar und Haarkrankheiten 

Verlag: Gustav Fischer, Stuttgart, New York 

(1979) 

� Robbins, C. R. 

Chemical and Physical Behavior of Human Hair 

3rd Edition, Springer Verlag New York 

♦ Zahn, H.; Altenhofen, U.; Wortmann, F. J. 

Wolle 

Ullmann’s Encyclopädie der technischen 

Chemie, Bd. 24 

Verlag Chemie, Weinheim (1983) 

♦ Das Haar und seine Struktur 

Wella AG, Darmstadt (1999) 

♦ Schwan, A.; Lang, G.; Clausen, Th.; Köhler, J.; 

Liebscher, K. D.; Spengler, J. 

Hair preparations (Haarbehandlungsmittel) 

Ullmann’s Encyclopädie der technischen 

Chemie, Bd. A 12 

Verlag Chemie, Weinheim (1989) (engl. 

sprachige Ausgabe) 

♦ Helmut Zahn, Franz-Josef Wortmann, Hartwig 

Höcker 

Chemie und Aufbau der Wolle 

Chemie in unserer Zeit, 31. Jahrg. 1997 / Nr. 6 

Wiley-VCH Verlag GmbH, 69469 Weinheim, 

1997

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