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

OBJECTIF: Un nouveau procede de soin des cheveux a ete specialement concu pour lisser les cheveux ondules des Japonaises[1]. Le procede utilise le sulfonate de naphthalene-2 sodium (SNS) dans les etapes de reduction et d'oxydation du procede conventionnel de permanente. Notre objectif etait de comprendre la facon dont ce procede induisait le lissage des cheveux en mesurant les differences de changement morphologique et ultrastructural entre les cheveux non traites et ceux soumis a une permanente conventionnelle et une permanente a base de SNS. Des fibres de laine de merinos non traitees et soumises a une permanente a base de SNS ont ete utilisees pour confirmer les changements structurels. METHODES: Des echantillons de cheveux japonais ont ete utilises pour mesurer la courbure d'une fibre isolee avant et apres le traitement de permanente. Une methode de coloration argent a ete mise au point pour colorer les fibres de cheveux sans changer la courbure des fibres afin de pouvoir utiliser la microscopie electronique en transmission pour mesurer les modifications des dimensions en largeur de tous les composants structurels du filament, de la cellule aux proteines. Une tomographie electronique a determine les pentes intermediaires et les changements de pente des filaments apres permanente a base de SNS par rapport a l'axe longitudinal central de la fibre. RESULTATS: On a constate que la permanente a 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 a centre des macrofibrilles du cheveu; et des filaments intermediaires dans la laine et les cheveux. Dans les cheveux ondules, la permanente a base de SNS a provoque a la fois un gonflement et une inclinaison des filaments intermediaires des macrofibrilles helicoidales, entrainant une legere contraction longitudinale des macrofibrilles. Au total, le gonflement et l'inclinaison etaient plus importants dans les macrofibrilles helicoidales des cellules corticales de type B situees principalement dans la moitie convexe de la fibre. La presence d'un pourcentage plus eleve de macrofibrilles helicoidales dans la moitie convexe par rapport a la moitie concave de la fibre a entraine une contraction differentielle entre les deux moities qui a entraine le redressement de la fibre courbee. Un modele mecanique a ete propose pour expliquer comment la permanente a base de SNS lissait les cheveux boucles. 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.