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Analysis of hair lipids and tensile properties as a function of distance from scalp

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Synopsis Cuticle cells form the outer covering surrounding and protecting the cortex. The cuticle cells are thin, flat and overlap, and intercellular lipid lamellae are found in the gaps between the cell boundaries. The lipid lamellae are also found within the cortex in the cell boundaries between the long fribrous corticle cells. In addition, the outer surfaces of the cuticle cells are covered by a monolayer of covalently bound fatty acids, a major component of which is 18-methyleicosanoic acid. The fatty acids are thought to be attached through thio-ester linkages. Together these lipids are thought to be major determinants of the physical properties of the hair. The present study tested the hypothesis that both free and covalently bound lipids are progressively lost during normal environmental exposures. This progressive loss within the cuticle layers may, in part, lead to an increased susceptibility of the protein and lipid lamellae in the cortex to degradation. This degradation, in turn, would contribute to a progressive decrease in the tensile properties of the hair. Research grade hair was cut into five segments from the root to the distal end. Lipids from each segment were extracted and analyzed by thin-layer chromatography in conjunction with photodensitometry. The major free polar lipid classes in the hair included ceramides, glucosylceramides and cholesterol sulfate. The concentrations of all of the free polar lipids as well as the covalently bound fatty acids decreased in going from the root to the distal end of the hair. In addition, there was a significant reduction in tensile properties of the hair from the root to distal end. In conclusion, the progressive loss of endogenous free and covalently bound lipids from hair, which are probably related to normal weathering of the hair and grooming practices, may help contribute to a marked decrease in tensile properties to the hair.

French
Résumé

Les cellules de la cuticule forment le revêtement externe qui protège le cortex des cheveux. Les cellules de la cuticule sont minces, plates et se chevauchent. De fines couches de lipides sont présentes dans le matériau assurant la jonction entre les cellules cuticulaires. D'autres fines couches de lipides sont également présentes dans les espaces intercellulaires du cortex, entre les longues cellules corticales fibreuses. De plus, les surfaces externes des cellules de la cuticule sont recouvertes d'une couche monomoléculaire d'acides gras liés par covalence, un des composants majoritaires étant l'acide 18-méthyleicosanoique. On pense que ces acides gras sont fixés par liaisons thioesters. On pense également que l'ensemble de ces lipides joue un rôle important sur les propriétés physiques du cheveu. L'hypothèse testée dans cette étude est que les lipides libres et ceux liés par covalence sont progressivement éliminés lors de l'exposition normale des cheveux à l'environnement extérieur. Cette délipidation progressive de la cuticule pourrait, en partie, entraîner une plus grande sensibilité des constituants lipidiques et protéiniques du cortex aux agressions externes et accroître leur dégradation. Cette dégradation, à son tour, contribuerait à une diminution progressive des propriétés mécaniques en extension des cheveux. Des cheveux de provenance commerciale ont été coupés en cinq segments de leur racine à leur extrémité distale. Les lipides de chaque segment ont été extraits, séparés par chromatographie couche mince et dosés par densitométrie photographique. Les classes majoritaires de lipides polaires libres sont constituées de céramides, de glucosylcéramides et de sulfate de cholestérol. Les teneurs de tous les lipides polaires libres ainsi que des acides gras liés par covalence diminuent de la racine à l'extrémité distale du cheveu. De plus, on constate une réduction considérable des propriétés mécaniques en extension des cheveux de la racine à l'extrémité distale.-.En conclusion, la perte progressive des lipides endogènes libres et liés par covalence, probablement attribuables aux expositions à l'environnement et au stress des traitements capillaires peut aider à contribuer à une baisse marquée des propriétés mécaniques en extension des cheveux.
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Keywords: bound fatty acids; polar lipids; tensile properties

Document Type: Research Article

Affiliations: 1: Access Business Group, Ada, MI 49z35, U.S.A. 2: University of Iowa, Iowa City, IA 52242, U.S.A.

Publication date: August 1, 2005

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