Electron microscopy and tomography reveal that sodium 2-naphthalene sulfonate incorporated into perming solutions swells and tilts trichocyte intermediate filaments causing straightening of curly Japanese human hair.

ABSTRACT

OBJECTIVE: A new hair-care process has been specifically developed for the straightening of curved Japanese woman's hair . The process included sodium 2-naphthalene sulfonate (SNS) in the reduction and oxidation steps of a conventional perming process. Our objective was to develop an understanding of how this process caused hair straightening by measuring the changes to morphology and ultrastructure between untreated, conventionally permed and SNS permed hair. Untreated and SNS permed Merino wool fibres were used to confirm structural changes. METHODS: Japanese hair samples were measured for single-fibre curvature before and after perming treatments. A silver staining method was developed to stain hair fibres without changing fibre curvature so that transmission electron microscopy could be used to measure changes in the lateral dimensions of all structural components from the cellular to protein filament level. Electron tomography determined intermediate filament slopes and slope changes after SNS perming relative to the central longitudinal axis of the fibre. RESULTS: SNS perming was found to cause greater lateral swelling than conventional perming of the paracortical cells of wool; the cuticle, the cuticular cell membrane complex and the macrofibrillar centre-to-centre distance of hair; and of the intermediate filaments in wool and hair. In curved hair, SNS perming caused the intermediate filaments of the helical macrofibrils to simultaneously swell and to tilt further, resulting in the slight longitudinal contraction of the macrofibrils. The overall swelling and tilting was greatest in the helical macrofibrils of Type B cortical cells predominately located in the convex fibre half. The presence of a higher percentage of helical macrofibrils in the convex fibre half than in the concave fibre half caused a contraction differential between the two halves leading to straighten of the curved fibre. A mechanical model was proposed to explain how SNS perming straightened curly hair. CONCLUSION: The effects of conventional and SNS perming on the morphological and ultrastructural components of curved Japanese hair and high-curl Merino wool fibres have given clear insights into understanding the mechanism of fibre curvature change.

OBJECTIF Un nouveau procédé de soin des cheveux a été spécialement conçu pour lisser les cheveux ondulés des Japonaises[1]. Le procédé utilise le sulfonate de naphthalène-2 sodium (SNS) dans les étapes de réduction et d'oxydation du procédé conventionnel de permanente. Notre objectif était de comprendre la façon dont ce procédé induisait le lissage des cheveux en mesurant les différences de changement morphologique et ultrastructural entre les cheveux non traités et ceux soumis à une permanente conventionnelle et une permanente à base de SNS. Des fibres de laine de mérinos non traitées et soumises à une permanente à base de SNS ont été utilisées pour confirmer les changements structurels. MÉTHODES Des échantillons de cheveux japonais ont été utilisés pour mesurer la courbure d'une fibre isolée avant et après le traitement de permanente. Une méthode de coloration argent a été mise au point pour colorer les fibres de cheveux sans changer la courbure des fibres afin de pouvoir utiliser la microscopie électronique en transmission pour mesurer les modifications des dimensions en largeur de tous les composants structurels du filament, de la cellule aux protéines. Une tomographie électronique a déterminé les pentes intermédiaires et les changements de pente des filaments après permanente à base de SNS par rapport à l'axe longitudinal central de la fibre. RÉSULTATS On a constaté que la permanente à base de SNS induisait un gonflement en largeur plus important que la permanente classique des cellules paracorticales de la laine; de la cuticule, du complexe de la membrane cellulaire cuticulaire et de la distance centre à centre des macrofibrilles du cheveu; et des filaments intermédiaires dans la laine et les cheveux. Dans les cheveux ondulés, la permanente à base de SNS a provoqué à la fois un gonflement et une inclinaison des filaments intermédiaires des macrofibrilles hélicoïdales, entraînant une légère contraction longitudinale des macrofibrilles. Au total, le gonflement et l'inclinaison étaient plus importants dans les macrofibrilles hélicoïdales des cellules corticales de type B situées principalement dans la moitié convexe de la fibre. La présence d'un pourcentage plus élevé de macrofibrilles hélicoïdales dans la moitié convexe par rapport à la moitié concave de la fibre a entraîné une contraction différentielle entre les deux moitiés qui a entraîné le redressement de la fibre courbée. Un modèle mécanique a été proposé pour expliquer comment la permanente à base de SNS lissait les cheveux bouclés. CONCLUSION: Les effets de la permanente conventionnelle et à base de SNS sur les composants morphologiques et ultrastructuraux des cheveux japonais ondulés et des fibres de laine très frisés de mérinos ont permis de mieux comprendre le mécanisme du changement de courbure des fibres.