Eine haarige Angelegenheit
Gewelltes, krauses oder glattes Haar gewünscht? Kein Problem: Chemische Substanzen knacken Quervernetzungen im Keratin und verändern so die Haarstruktur in die gewollte Richtung. Nun stehen einige der Mittel im Verdacht, der Gesundheit zu schaden.
Zufrieden mit ihrem Haarschopf sind nur wenige Menschen: Wer glatte und feine Haare hat, wünscht sich eine lockige Löwenmähne, wer mit ebendieser geboren wird, hätte gerne mehr Ordnung auf dem Kopf. Struktur und Farbe des Haars, das aus der Kopfhaut herauswächst, ließe sich nur mit Gentechnik verändern – bis heute keine Option. Aber die Haare, die bereits da sind, lassen sich mit den richtigen Mitteln in die gewünschte Richtung umgestalten.
Ein Blick ins Haar
Haare bestehen zu über 90 Prozent aus α-helikalen Keratinfäden, die ineinander verschlungen sind und sich zu kleinen und dann größeren Bündeln zusammenlagern, den Mikro- und Makrofibrillen (Abbildung). Sie entstehen dadurch, dass sich Zellen aneinanderballen. Die Fibrillen bilden den Cortex des Haars, auch Rinde genannt. Umgeben ist er von der Cuticula aus flachen verhornten abgestorbenen Zellen, die dachziegelartig übereinandergeschichtet sind.1)
In der Rinde spielen sich alle im Friseursalon relevanten chemischen Prozesse ab. Das ist der Grund, warum feines Haar beispielsweise eine Dauerwelle schlechter annimmt als dickes Haar – bei feinen Haaren ist der Anteil des Cortex am Gesamtvolumen geringer.
Bindungen zwischen den Aminosäuren im Keratin bestimmen Festigkeit und Struktur des Haars. Cystein etwa knüpft mit Cysteinen benachbarter Keratinfäden kovalente Disulfidbrücken, sprich Cystin. Zudem formen sich zwischen Aminosäuren Ionenbindungen und Wasserstoffbrückenbindungen, beispielsweise zwischen dem Säurerest der Glutaminsäure einerseits und dem Ammoniumrest von Lysin andererseits.1)
Wer nach dem Waschen seine Haare auf Lockenwickler dreht oder zum Glätteisen greift, löst Ionen- sowie Wasserstoffbrückenbindungen und formt sie neu. Auch das führt zur Lockenpracht beziehungsweise zur glatten Matte. Feuchtigkeit bricht diese schwachen Bindungen allerdings schnell wieder – die Haare kehren zu ihrer ursprünglichen Form zurück. Wer die Haarstruktur dauerhaft, also über die nächste Haarwäsche hinaus verändern will, muss an die Disulfidbrücken im Haarkeratin ran.
An Locken forschen ist modern
Die Klassifizierung des US-Friseurs Andre Walker unterscheidet vier Haartypen: glatt (Typ 1), wellig (Typ 2), lockig (Typ 3) und kraus (Typ 4). Mit den Kategorien 2 bis 4, „also mit allem, was nicht glatt ist“, beschäftigt sich Camille Grosjacques, Chemikerin und Senior Manager R&D bei Henkel in Darien im US-Bundesstaat Connecticut.
Nichtglattes Haar sei in der Forschung lange vernachlässigt worden, sagt Grosjacques: „Dieser Forschungsbereich hat erst vor etwa 25 Jahren Fahrt aufgenommen. Er war bisher auch kommerziell viel weniger im Fokus.“ Diese Art von Forschung sei früher stark mit Ethnizität verbunden gewesen. Das sei nun nicht mehr so, da die multikulturelle Vielfalt zugenommen habe – auch bei den Haartypen. „Heute wollen wir objektiver vorgehen, um das Haar zu beschreiben.“
Welche Art von Haar aus der Kopfhaut wächst, beeinflussen viele Faktoren, sagt Grosjacques. Es entscheidet nicht ein einzelnes Gen darüber, und auch die Menge an Disulfidbrücken allein ist nicht ausschlaggebend. Einen Einfluss hat beispielsweise die Form der Haarfollikel, welche die Haarwurzel umgeben und das Haar in der Haut verankern. Aus Follikeln, die abgewinkelt zur Kopfhaut liegen, wachsen eher lockige Haare; aus Follikeln, die rechtwinklig zur Kopfhaut stehen, glatte.2)
Entscheidend sind zudem die Zellen, die aus den Follikeln wachsen. Sie unterscheiden sich darin, wie die Keratinfilamente in ihnen angeordnet sind: Bei orthokortikalen Zellen sind die Fibrillen locker angeordnet und kreuzen sich, stehen also nicht parallel zur Faserachse. In parakortikalen Zellen stehen die Bündel dichter beisammen, sie besitzen mehr Cystinvernetzungen und sind stets parallel zur Faserachse ausgerichtet.
Bei glattem Haar sind die beiden Zelltypen symmetrisch angeordnet, bei lockigem Haar finden sich die orthokortikalen Zellen immer außen und die parakortikalen Zellen fast ausschließlich innen an der Haarfaser, was eine Asymmetrie schafft − dadurch krümmt sich die Haarfaser.1,2)
Locken rein
Die erste rein chemische Dauerwelle entstand in den 1930er Haaren. Im Gegensatz zu den ersten Verfahren Karl Ludwig Nesslers (Kasten) braucht sie keine Hitze. Ein Reduktionsmittel wie Ammoniumthioglykolat reduziert Cystin zu Cystein und öffnet so Disulfidbrücken. Eine Oxidation mit Fixiermitteln, meist Wasserstoffperoxid, knüpft dann neue Disulfidbrücken, und zwar in der nun vorliegenden, auf dem Wickler aufgerollten Form.
Neueste Erfindung ist die digitale Dauerwelle, jetzt Trend in Asien. Bei ihr ist Wärme entscheidend: Die mit Reduktionsmittel behandelten Längen werden auf Lockenwickler gedreht und je nach Partie unterschiedlich stark aufgeheizt; ein Computer kontrolliert die Temperatur des Haares. So sollen natürliche Locken entstehen, die bis zu einem Jahr halten. Wer in Deutschland einen Friseurladen finden will, der die digitale Dauerwelle anbietet, muss sich allerdings anstrengen.
Locken raus
Die gefeierten Zeiten der Dauerwelle sind Vergangenheit. Anders sieht es bei den Haarglättern aus, auch Hair Relaxer genannt, die unerwünschte Kringel eliminieren. Die Lotions und Cremes sind in großen Teilen der Welt, darunter in Afrika und den USA, Big Business: Im Jahr 2022 verzeichneten die Produkte einen weltweiten Marktwert von knapp 730 Mio. US-Dollar, mit einem erwarteten Wachstum auf über 839 Mio. US-Dollar bis zum Jahr 2028.3)
Eine Haarchemikerin, die namentlich nicht genannt werden möchte, glaubt zu wissen, warum Menschen zu Hair Relaxern greifen: „Sie wollen sich das Leben leichter machen.“ Camille Grosjacques‘ Forschung bestätigt, dass sehr lockiges und krauses Haar schwieriger zu handhaben ist: „Es kann sich verfilzen, die Haarbruchgefahr ist größer, und das Waschen und die Pflege nehmen viel mehr Zeit in Anspruch“, sagt Grosjaques.
Hair Relaxer sollen etwa 20 Minuten auf das Haar einwirken. Bei pH 13 quillt das Haar auf, und die Fasern ziehen sich zusammen.4) Zudem brechen Disulfidbrücken, anders als bei der Dauerwelle, aber nicht zwischen den beiden Schwefelatomen. Stattdessen entstehen ein Disulfidanion und das reaktive Dehydroalanin. Dieses reagiert über eine nukleophile Addition mit anderen Cystinmolekülen zu Lanthionin, einer nicht-proteinogenen Aminosäure.1) Zwei Cysteinmoleküle sind nun nicht mehr über eine Disulfidbrücke miteinander verbunden, sondern über eine einfache Schwefelbrücke. Das stabilisiert das Haar in einer glatt(er)en Form.
Hair Relaxer enthalten 1 bis 10 Prozent Natriumhydroxid, die Alternativen stattdessen beispielsweise Calcium- oder Borhydroxid – trotzdem werden sie als nicht-laugenhaltig bezeichnet. Gemischt werden diese mit Guanidincarbonat, sodass Guanidinhydroxid entsteht.1) Das größere Molekül ist weniger haarschädlich als NaOH und kann schlechter in das Haar eindringen – daher wirkt es aber auch weniger gut.
Wie bei der Dauerwelle lässt sich auch zur Haarglättung Ammoniumthioglykolat mit einem Oxidationsmittel kombinieren, sodass sich neue Disulfidbrücken bilden.5) Diese Methode ist weniger aggressiv, dauert aber länger, ist teurer und eignet sich nicht für stark gekraustes Haar.
Ein vor allem in Brasilien beliebtes Mittel zur Haarglättung wirkt bei leicht sauren pH-Werten und enthält synthetisches hydrolysiertes flüssiges Keratin aus Schafswolle. Das Wundermittel ist mit Formaldehyd vermischt, das bei höheren Temperaturen eine Quervernetzung mit dem Haarkeratin bewirkt. In der EU ist Formaldehyd in Kosmetika verboten, und auch die meisten anderen Länder begrenzen es stark, so auch Brasilien. Trotzdem sind auf dem Schwarzmarkt Mittel mit bis zu 15 Prozent Formaldehyd erhältlich.6)
Krebsgefahr?
Es verwundert nicht, dass Haarglättungsmittel mit ihren ätzenden Inhaltsstoffen Haarschäden oder -ausfall, Hautekzeme, Verbrennungen, Dermatitis und Kopfhautentzündungen verursachen können.7) Studien berichten auch von einer vernarbenden Form des Haarausfalls aufgrund einer Zerstörung der Haarfollikel.8) Ob mit oder ohne Formaldehyd, mit oder ohne Natriumhydroxid ist dabei unerheblich – schädliche Nebenwirkungen sind so oder so möglich.7)
Überraschender sind die epidemiologischen Studien, die die Produkte mit einem erhöhten Risiko für Brust-, Eierstock- und Gebärmutterkrebs in Verbindung bringen.9–12) So fand die Forschungsgruppe um die Epidemiologin Alexandra White vom US National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS) im Jahr 2019 in einer Kohorte von über 46 000 Frauen zwischen 35 und 74 Jahren eine klare Assoziation: Wer häufiger Hair Relaxer anwandte oder seine Haare färbte, hatte eine höhere Wahrscheinlichkeit, an Brustkrebs zu erkranken.9) Das galt vor allem für schwarze Frauen. „Der Anstieg des Risikos für Brustkrebs war mit etwa 30 Prozent ähnlich groß wie bei mäßigem Alkoholkonsum, entsprechend 4 bis 14 alkoholischen Getränken pro Woche“, sagte Alexandra White der Chemistry World.6)
Im Jahr 2022 fand Whites Team in der gleichen Kohorte einen Zusammenhang zwischen dem Anwenden von Hair Relaxern und Gebärmutterkrebs. Frauen, die die Produkte mehrmals pro Jahr benutzten, waren mehr als doppelt so stark gefährdet wie Nichtnutzerinnen, an dieser relativ seltenen Krebsart zu erkranken (4,05 Prozent der Nutzerinnen und 1,64 Prozent der Nichtnutzerinnen).12) „Da schwarze Frauen häufiger Haarglättungsprodukte verwenden und tendenziell in einem früheren Alter damit beginnen als andere Ethnien, könnten diese Ergebnisse für sie noch relevanter sein“, sagte Che-Jung Chang vom NIEHS, einer der Autoren der Studie.13)
Derzeit vor Gericht
Naturgemäß zeigen epidemiologische Studien lediglich eine Korrelation, keine Kausalität. Noch ist nicht klar, welche Inhaltsstoffe Krebs erregen könnten. Im Verdacht stehen endokrine Disruptoren, die – je nach Marke – in Hair-Relaxer-Produkten enthalten sind. Andere Forschende halten die entzündungsauslösenden Eigenschaften des Natriumhydroxids und seine ebenfalls aggressiven Alternativen für eine mögliche Ursache. Die anonym bleibende Haarchemikerin gibt zu bedenken: „Ist die Kopfhaut durch eine Haarbehandlung geschädigt, können Schadstoffe aus der Umwelt leichter eindringen.“
Dass Forschende, die sich mit Haarglättung und allgemein Haarforschung beschäftigen, dieser Tage vorsichtig sind, was sie der Presse gegenüber sagen, hat Gründe: In den USA laufen gerichtsbezirksübergreifende Sammelklagen gegen L’Oréal und kleinere Kosmetikunternehmen, die Hair Relaxer herstellen.14) Die Anklagenden machen die Produkte und damit die Unternehmen für Krebserkrankungen verantwortlich. Man wolle allen farbigen Eltern da draußen sagen, dass „wir nicht weiterhin versuchen sollten, uns den europäischen Schönheitsstandards anzupassen, indem wir uns die Haare mit diesen Chemikalien glätten lassen“, sagte Bürgerrechtsanwalt Benjamin Crump, einer der Anwälte der Sammelklage, der NBC.15) Denn es bestehe die Gefahr, dass Gebärmütter zerstört werden und Frauen keine Kinder mehr bekommen können.
L’Oreal gab in einer Mitteilung bekannt, es sei keine Kausalität zwischen seinen Produkten und den Krebsfällen nachgewiesen: „Wir sind von der Sicherheit der Produkte … überzeugt und glauben, dass die in diesen Klagen erhobenen Vorwürfe weder rechtlich noch wissenschaftlich begründet sind.“16)
Locken behalten
Grosjacques und ihre Forschungsgruppe entwickeln bei Henkel Produkte, die Locken nicht eliminieren, sondern sie pflegen und beim Styling helfen. „Es geht darum, die Locken zu definieren, damit sie insgesamt schöner aussehen, und das Kräuseln zu verhindern.“ Beim Kräuseln, nach dem englischen Begriff auch „Frizz“ genannt, agiert jedes Haar quasi für sich, und die Gesamtheit an Locken bildet ein wildes Durcheinander. Nichtglattes Haar benötigt zudem mehr Feuchtigkeit und mehr Schutz gegen Haarbruch.
Anti-Frizz-Produkte bestehen oft aus hydrophoben Ölen, welche die Wechselwirkung des Haars mit der Umwelt beeinflussen, sie beispielsweise vor der Luftfeuchtigkeit schützen. Detangling-Produkte vermindern die Reibung zwischen den einzelnen Haarfasern und machen das Haar so leichter kämmbar. Stylingcremes und -gels aus filmbildenden Polymeren wiederum legen sich auf die Haaroberfläche und machen die Haare so gefügiger − mit den Fingern lassen sich die Locken dann partienweise in die gewünschte Form modellieren.
„Bei welligem Haar müssen solche Produkte leicht sein, damit sich die Wellen nicht aushängen“, erklärt Camille Grosjacques. „Bei sehr lockigem Haar greift man hingegen zu schwereren Formulierungen. Es ist gewünscht, dass sich die Locken etwas aushängen, denn dadurch wirken sie definierter und die Haare werden als schöner Nebeneffekt länger.“ Bei nichtglattem Haar gibt es also kein One-for-All-Produkt. Denn so unterschiedlich wie die Menschen, denen die Haare auf dem Kopf wachsen, so unterschiedlich sind auch die Haare selbst: „Es gibt nicht zwei gleiche Locken.“
Geschichte: Der Vater der Dauerwelle
Die Dauerwelle feierte ihren trendigen Höhepunkt zwischen den 1970er und 1990er Jahren. Mit Chemikalien zauberten die Friseur:innen prachtvolle Locken in jede noch so glatte Haarmatte.
Als Erfinder gilt der Friseur Karl Ludwig Nessler, der sich später in Charles Nestle umbenannte. 17) Der gebürtige Schwarzwälder beschäftigte sich ausgiebig mit dem menschlichen Haar und wie es sich verändern lässt. Ende des 19. Jahrhunderts experimentierte er an seiner Frau Katharina herum, wobei Brandblasen und versengte Haare nicht ausblieben.
Am Ende hatte er ein Verfahren entwickelt, um mit einer Kombination aus chemischer und thermischer Behandlung Haare dauerhaft zu locken: Er drehte mit Borax getränkte Haarsträhnen auf und erhitzte diese mit einer feuerbeheizten Zange. Am 8. Oktober 1906 ging er damit an die Öffentlichkeit, im Jahr 1909 erhielt seine Erfindung einen internationalen Patentschutz. 18) Ab 1909 arbeitete sein Dauerwellenapparat mit elektrischen Heizpatronen. 19)
Nesslers Leben und Werk widmet sich die Dauerwellenausstellung im Bürstenmuseum in Todtnau im Schwarzwald.20, 21)
Dr. Brigitte Osterath
www.writingscience.de
Dieser Beitrag wurde zuerst veröffentlicht in den Nachrichten aus der Chemie (Nachr. Chem.), Heft 06/2024 (Herausgeber: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V., Verleger: Wiley-VCH-Verlag GmbH Co KGaA, Weinheim) https://www.gdch.de/publikationen/nachrichten-aus-der-chemie.html
Quellen
1) C. R. Robbins, Chemical and Physical Behavior of Human Hair, 5. Ausgabe, Springer 2012
2) E. Cloete, N. P. Khumalo, M. N. Ngoepe, Proc. R. Soc. A 2019, 475, 20190516
3) Daten von Mordor Intelligence (t1p.de/bc336) und LinkedIn (t1p.de/uqo3r)
4) M. Wong, G. Wis-Surel, J. Epps, J. Soc. Cosmet. Chem. 1994, 45, 347
5) S. Okimi, K. Mateo, E. Malinauskyte, „In search of better permanent straightening methods”, TRI Textured Hair Symposium 2019, Red Band, USA
6) R. Brazil, Chem. World 2023, 8, 50
7) J. Nathache Hatsbach de Paula, F. Machado Alves Basílio, F. Andrade Mulinari-Brenner, An. Bras. Dermatol. 2022, 97(2), 193
8) D. H. Marks, D. Hagigeorges, J.-P. Okhovat et al., Br. J. Dermatol. 2019, 181(6), 1317
9) C. E. Eberle, D. P. Sandler, K. W. Taylor, A. J. White, Cancer Epidemiol. 2020, 147(2), 383
10) R. Rao, J. A. McDonald, E. S. Barrett, Environ. Res. 2022, 203, 111863
11) A. J. White, D. P. Sandler, S. A. Gaston, C. L. Jackson, K. M. O’Brien, Carcinogenesis 2021, 42(9), 1189
12) C-J. Chang, K. M. O’Brien, A. P. Keil et al., J. Natl. Cancer. Inst. 2022, 114(12), 1636
13) niehs.nih.gov/newsreleases/detail/946451 (Stand 25.3.2024)
14) Lawsuit information center, Link: t1p.de/a4nkf (Stand 25.3.)
15) NBC News, Link: t1p.de/3aqp5 (Stand 28.3.)
16) L‘Oreal, Link: t1p.de/g4ipj (Stand 25.3.)
17) nessler-todtnau.de (Stand 25.3.)
18) GB190902931A, 1909, „A New or Improved Process of Waving Natural Hair on the Head”
19) DE258690C, 1909 „Improvements in Apparatus for use in Waving Natural Hair on the Head”
20) Zum Todtnau-Museum: t1p.de/lg8yr
21) Zu Nesslers Wohnhaus: t1p.de/sbb2h
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