제 5 장 모발색상의 메카니즘(Natural Hair Color
Mechanism)
1. 모발 색의 생성
2. 모발 색의 유실
3. 염모제에 따른 모발 색의 형성과정
1. 모발 색의 생성
모발 중 우리가 눈으로 볼 수 있는 제3의 영역인 모간(hair
shaft)은 모표피(cuticle), 모피질(cortex), 모수질(medulla)로
구성되어 있다. 모수질을 감싸고 있는 모피질은 모발에서 가장
두터운 부분(80∼90%)으로서 melanin이라는 자연색소 물질인
과립(미립자)을 포함하고 있다. melanin 색소는 멜라노사이트
(melanocyte) 내의 소기관인 멜라노좀(melanosome)에서 합성
되며, 멜라노사이트의 수지강 돌기를 통하여 주위의 케라티노
사이트(keratinoside)로 이행한다. 멜라닌의 합성 경로에서 티
로신(tyrosine)을 산화하여 도파(DOPA)로, 다시 산화하여 도파
퀴논(DOPA-quinone)이 생성되는 단계에서 티노시나제
(tyrosinase)가 관여하며 그 후의 반응은 자동 산화적으로 진행
되지만, 효소의 존재로서 보다 가속화되는 것도 알려져 있다.
인체 내에는 단백질로 구성된 다양한 자연화학 물질들이 있다.
각 화학물질인 아미노산은 각각의 역할을 하나 이중 특히 색상
에 관계되는 아미노산인 tyrosine을 원료로 하여 형성되는 흑
멜라닌, 적멜라닌, 혼합멜라닌등은 과립(granule)을 형성 멜라
닌의 유형과 분포양에 따른 정도 등의 요인에 의해 모발의 밝기
를 결정시켜 사람마다 독특한 모발색을 드러낸다. 다시 말해 멜
라닌의 유형과 과립의 크기에 따른 흑색, 적색, 금발 등의 다양
한 모발색상을 결정한다고 볼 수 있다.
모발의 색은 모발의 가운데층인 모피질(cortex)에 있는 두 종
류의 멜라닌(melanin) 색조 알갱이인 유멜라닌(Eumelanin) 혹
은 티로신(Tyrosine)은 가장 흔하고 제일 진한 색소로서 갈색과
검정 머리의 색을 만든다. 페오멜라닌(pheomelanin)은 보다 옅
은 색의 색조로서 금발머리(yellow blond), 그리고 붉은 색조를
띄게 한다.
붉은 머리의 색상은 붉은 색소와 검정 색소에 의해 나타나며,
금발머리는 붉은 색소와 노랑색소의 혼합인 결과색이다. 모래
빛 갈색머리는 붉은 색, 갈색, 검정색 색소의 혼합에 의해 색소
가 나타나며 짙은 갈색머리는 모래빛 갈색머리보다 검정색 색
소가 더 많이 들어있다. 그리고 흰머리에는 색소 알갱이가 없는
색을 나타낼 수 없는 머리색이다. 멜라닌(melanin)은 색소를 생
성하는 세포에서 발견되는 특정한 효소의 조절을 받으면서 자
연적으로 생성되는 단백질(protein)을 상당히 복잡하게 변형시
켜 신체를 구성한다. 멜라닌(melanin) 색소의 여러 가지 다른 색
들은 멜라닌 발달과정의 여러 단계를 나타내는 것이라 여겨진
다. 우선 노란 색소가 형성되고 그 다음에 어떤 효소가 노란 색
소를 붉은 색소로 변화시킨다. 다른 효소가 그 붉은 색소를 검
정 색소로 변화시키게 된다. 모든 사람들이 멜라닌(melanin)을
이렇게 전체적인 색분광에 따라 바꿀 수 있는 능력을 갖춘 것은
아니다. 어떤 사람들은 검정 색소만을 만들어낸다. 이들은 검정
색소를 얼마나 생성해 내는가에 따라 짙은 갈색이 포함된 검정
머리를 지니게 된다. 또 다른 사람들은 오르지 붉은 색소나 노
랑색소만을 생성할 수 있기 때문에 금발머리나 붉은 머리를 가
졌다. 이러한 색소를 생성해내는 능력은 현존하는 색소에 의해
결정이 되며 또한 그 사람의 유전 정보 인자에 의해 나타난다.
멜라닌은 물에 용해되지 않는 단백질로서 두발에 색상을 부여
한다. 모유두에서 생성된 아미노산인 티로신은 멜라닌의 전조
제로서 방종형(장경 0.8∼1.8㎛, 단경 0.3∼0.4㎛)이다. 백모는
DOPA quinone에서 그 작용을 멈추므로 모발이 케라틴화 되어
각화 위로 올라가면서 gray hair 즉 새치로서 "tyrosinase" 효
소를 만들지 못하기 때문에 산화작용이 이루어지지 못한 상태
이다. 백모는 특히 흑갈색계의 모발을 갖는 인종에서 더욱 명료
하게 나타나며, 멜라노사이트에서 멜라닌 생성이 멈추기 때문
에 일어나는 현상으로 일종의 노화현상이다.
도파퀴논은 두 가지 경로로 반응이 진행된다. 도파크롬(DOPA
chrome)을 거쳐 흑갈색의 유멜라닌(eumelanin)을 생성하는 경
로와 도파퀴논이 케라틴 단백질에 존재하는 시스테인
(cysteine)과 결합한 후 적갈색의 페오멜라닌(pheomelanin)을
생성하는 경로가 있다. 이와 같이 모발의 산화 염색반응은 모발
에서의 중합(결합)반응의 한 예이다. 이 반응에서는 방향족 아
민과 페놀모노머(phenolmonoer)가 산화 중합하고, 또한 모발
중의 아미노산 잔기와 결합한다. 유멜라닌은 비교적 크기가 크
고 화학적으로 쉽게 파괴될 수 있는데 반하여 페오멜라닌은 비
교적 크기가 작고 화학적으로 안정된 구조를 하고 있다. 시스테
인 함량이 많은 모발에는 페오멜라닌이 많이 존재하며, 흑갈색
의 모발을 H2O2로 탈색시켰을 때 색상이 약간 붉게 보이는 것
은 바로 유멜라닌이 먼저 파괴되고 페오멜라닌이 남아 있기 때
문이다.
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2. 모발 색의 유실
① 알비노(Albinos) : 색소 결핍증인 사람에게는 색소를 형성
시키는 효소의 생성능력이 없기 때문에 어떤 색소도 만들어 내
지 못한다. 여성 모발 색의 강도와 색소는 각기 모발에서 발견
되는 색소의 양에 따라 변한다. 불타는 듯한 붉은 모발은 붉은
색소의 양이 상당히 있는 반면에 옅은 붉은 머리에는 훨씬 적은
양의 색소가 흐릿하거나 탈색된 듯한 멜라닌 색소가 불만족스
러운 정도로 혼합된 결과이다. 붉은 색, 검정색, 노란 색 색소의
조화가 어떤 비율로 되면 흐릿하거나 짙은 갈색빛 금발이 되거
나 하여 칙칙하고 보기 좋지 않은 색상이 될 수도 있다. 이러한
모발은 손질을 잘 한다 해도 별 효과가 없다. 이런 경우 물리적
으로는 아무 이상이 없고 다만 미용상 문제를 일으킨다는 것이
다. 여러 가지 다른 색소를 생성시킬 수 있는 능력은 유전적으
로 결정이 된다. 이렇게 결정된 모발의 색이라도 염료와 염색제
를 이용 임의대로 바꿀 수가 있다. 적절하게 그리고 조심스럽게
한다면 이러한 변화는 모발에 손상을 주지 않을 것이며 사람의
외모에도 의미 있는 변화를 가져올 수 있을 것이다.
② 알비니즘(albinism, 백색증)은 심각한 결과를 초래하는 유
전결함의 대표적 예이다. 이 병은 tyrosinase 효소가 결핍되어
있으며 피부, 눈의 검은 색소인 멜라닌이 생성되지 않는다. 멜
라닌은 melanocyte에 있는 티로신(tyrosine)으로부터 생성된
다.
Tyrosinase 효소는 티로신에 의해 DOPA로 만들고 DOPA를
dopaquinone으로 만든다. 후자 생성분자들은 화학적으로 매우
활발하여 축합반응을 통해 멜라닌을 생성시킨다. 그러나 알비
뇨 환자들은 태양빛에 민감한 반응을 보일 뿐만 아니라 피부암
이나 화상뿐만 아니라 시력도 나빠진다.
③ 카니시 : 두발의 색상이 전체 혹은 부분적으로 군집을 이루
면서 희다.
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3. 염모제에 따른 모발 색의 형성과정
1863년 독일의 호프만(Hoffmann)에 의해 파라-페닐렌디아민
( ara- henylene i mine, PPDA)이 개발되면서 산화염료에 의한
안전한 염색기술이 가능하게 되었다.
1) 백모 염색 원리
흰머리는 노화의 한 현상으로 나이가 들어가면서 멜라닌 생성
의 속도가 느려진다고 했다. 백모의 멜라닌 과립은 계속 형성되
지만 그 수 자체가 줄어 과립 안의 멜라닌 양이 점점 작아져 그
결과 모발의 색은 점차 엷어지며 모발색은 약해지면서 전체적
으로 색이 없어지는 흰머리가 생긴다. 이는 색이 바래진 헤어와
아직도 많은 양의 멜라닌을 보유한 hair 사이의 대조 때문이다.
흰머리도 다른 모발 색상과 마찬가지로 그 색이 다양하며 완전
한 흰머리도 사람에 따라 음영이 다르다.
파라페닐렌디아민은 과산화수소와 같은 산화제에 의해 퀴논 디
아민(quinone diamine)으로 되며, 이것은 다시 중합반응을 거
쳐 흑갈색의 반드로우스키 염기(Bandrowski's base)를 만들게
된다.
즉 분자량이 큰 반드로우스키 염기가 모발의 내부에서 중합반
응을 거쳐 만들어짐으로써 모발의 영구 염색이 되는 것이다. 그
러나 반드로우스키 염기는 색상이 부자연스럽고 햇빛이나 땀에
의해 탈색되거나 붉게 적변하는 현상이 있다. 그러므로 최근에
는 메타-페닐렌디아민(M-phenylenediamine), 메타-아미노페
놀(M-aminophenol), 레조시놀(resorcinol) 등을 첨가하여 햇
빛이나 땀에 의해 탈색되거나 적변을 억제시키는 염모제가 개
발되었다. 즉 레조시놀은 노랑색과 초록색(yellow-green)을 만
들며, 메타-아미노페놀은 붉은색(red), 페닐렌디아민은 청보라
(blue violet)을 각각 형성하므로, 이들의 비율을 조정시켜 다양
한 색상의 연출이 가능해진 것이다. 즉 파라-페닐렌디아민 단독
으로 들어있는 염모제에 비해 여러 가지 색상을 변화시킬 수 있
는 메타(meta) 치환제들을 배합해 줌으로써 더욱 자연스럽고
안정된 색상의 연출이 가능해진 것이다.
(1) 파라-페닐렌디아민으로부터 흑갈색의 반드로우스키
염기의 형성과정
ㄱ. 반드로우스키 염기(Bandrowski`s base)
P-페닐렌디아민이 모발 중으로 확산되고, 산화되어 디아민(구
조식 삽입)이 되면 P-페닐렌디아민과 결합하여 흑갈색의 인도
염료 Bandrowski 염기가 형성된다. Bandrowski 염기는 염색시
부반응의 최종산물이며, 모발은 P-페닐렌디아민으로 염색했을
때의 주 착색료는 아니며 산화염료에서는 Bandrowski 염기의
생성은 극히 적다.
ㄴ. 레조시놀(resorcinol) 및 P-페닐렌디아민으로부터의 폴리
인돌페놀(원어)의 생성 레조시놀은 산하염료의 성분으로서 많
이 사용되고 있는 산화염료 중합(결합)이다.
(2) 백모 위에 갈색을 도포하여 발색이 진행되는 과정
갈색(밤색)은 3가지 색의 혼합 (빨+노+파=갈색)에 의한 흑발에
서 금발까지 명도가 각기 다른 갈색이다. 즉 어두운 갈색은 어
두운 밤색이며 금발은 밝은 금발이다. 백모 염색시 완벽한 색상
의 발색을 위해서는 시간을 준수해야 한다. 짧은 방치 시간은
갈색이나 또는 원하는 색상의 발색이 잘 되지 않고 시간이 지날
수록 초록기운의 반사빛이 나오며 그후 두발 친화력으로서 즉
유지력이 긴 빨강 색상이 된다.
2) 멋내기 염색의 원리
모발과 피부의 색은 갈색계열의 검은 색을 내는 멜라닌
(eumelanin)과 모발과 피부를 빨갛게 하는 페오멜라닌
(phaeomelanin)의 상대적인 양에 따라 결정된다고 했다.
영구적인 모발 염색제는 파라-페닐렌디아민(P-
phenylenediamine)이라는 방향족 아민의 유도체가 사용, 이분
자의 치환체를 바꾸면 여러 색을 낼 수 있다. 파라-페닐렌디아
민 그 자체는 검은 색을 낸다. 이는 유도체인 파라-아미노디페
닐아민 슬포닉산은 금발을 만드는데 사용되며 중간색은 다른
치환체가 붙이면 색을 바꿀수 있다.
파라메톡시 메타페닐렌디아민(MMPD)과 이의 황산염은 쥐와 토
기에게 실험한 발암물질로 알려졌으나 인체에 대한 유해정도는
밝혀지지 않았지만 프랑스, 독일, 오스트리아에서는 금지되어
있다. MMPD의 치환체중의 한 가지가 MMPD의 동족계열인 파
라-에톡시메타페닐렌디아민(EMPD)으로서 연구결과 EMPD는
박테리아를 돌연변이 시킨다는 사실이 입증되었으며 역시 발암
성 물질이다.
산화된 물질은 퀴논과 니트로 화합물로서 이들은 방향성 아민
의 산화시 생성되는 화합물이다.
염색제에 들어있는 성분에는 디아민(diamine) 유기체로서 되어
있으며, 여기에는 디아미노페놀(diaminophenoles)과 아미노페
놀(aminophenoles)이 있다.
벤젠의 유도체로서 분자식 C6H6이며 탄소원자 사이에 이중결
합과 단일결합이 하나씩 걸 러서 있는 육각형 고리모양이다. 구
조식은 다음과 같이 나타낸다.
대체용으로 페놀(phenoles)을 얻을 수 있고, 페놀의 구조식은
벤젠의 수소원자 1개 대신 수산기 -OH가 결합된 것을 페놀이라
한다.
파라-페닐렌디아민과 메타 치환제와의 반응에 의한 염모제의
색상발현 과정
(1) 유기염모제의 베이스(전조제: 명도를 나타냄)
오르토(ortho, O-) 또는 파라(PARA, P-)로서 파라-페닐렌디아
민(P-Phenylenediamine PPDA : 아민그룹과 NH2), 파라-톨루엔
디아민(P-Toluenediamine, 갈색)은 벤젠의 수소원자 대신에 메
틸기 CH3가 결합한 것이다.
ⓐ파라-페닐렌디아민 ⓑ파라-톨루엔디아민(갈색) ⓒ오토-아미
노페놀(O-Aminophenoles)
ⓓ파라-아미노페놀(P-, 붉은 색 or 갈색)
(2) 전조제 중 단속제 또는 변환제(색상을 나타냄)
혼자서는 색상을 나타낼 수 없거나 아주 미미하다. 그러므로 단
속제(molta를 많이 사용) 또는 베이스 전조제와 혼합되면서 색
상은 드러난다.
ⓐ 메타- 페닐렌디아민(M-Phenylenediamine) ⓑ 메타- 아미노
페놀(M-Aminophenole)
ⓒ 피로가롤 Pyrogallole(트리페놀 Triphenole) ⓓ 레조시놀
Resorcinol(메타디페놀 Metadiphenole)
멋내기 염색의 색상은 다음 두가지 상황 즉, 베이스 전조제와
단속제 전조제가 혼합되어 일어나는 현상이다.