在自然状态下，头发有不同的形态，有些人的头发细而挺直，有些人的头发则是弯曲的或者呈现出其他形态。随着对毛发生理研究的深入，人们逐渐揭示出头发表面构造多样化的原因。已有的研究表明，头发的表面形态与生长速度密切相关，还与头发在形成过程中所受的生物力作用相关。这些作用是多方面的，来源包括真皮结缔组织、毛囊，以及毛球分生细胞的活动，还有就是头发本身形成的生物力。
潮湿对头发的影响就属于这最后一项。头发的化学结构使其格外容易受空气中的氢原子的影响，而氢原子的多少与环境湿度直接相关。发丝大部分由成束的角质蛋白构成。右图是一根头发的横截面，长长的角质蛋白就是图中一个个紧密排列的黑点，角质蛋白层就是所有这些黑点组成的中层。
这些角质蛋白化学键合的方式可以有两种。相邻角质蛋白束的分子之间能够形成双硫键，也就是两个硫原子以共价键结合。这种键是永久性的，它决定了头发的强度，而且不受空气湿度的影响。相邻角质蛋白还可能以氢键结合。这种键结合力较弱，而且并不持久。每次你的头发变湿或变干，都伴随着这种键的形成和断裂。(这就是为什么你的头发在干燥时形态都差不多。)
当相邻角质蛋白束的分子与同一个水分子之间有微弱的作用力时，便形成了氢键，两个角质蛋白由此间接地结合起来。潮湿的空气比干燥的空气含有更多的水分子，所以发束在潮湿天气里会形成更多的氢键。如果发束角质蛋白之间形成大量的氢键，头发自身就会在分子水平上产生更多的弯曲。在宏观上，这意味着满头的卷发会因为潮湿变得更加弯曲或者蓬乱。就好比有一个金属线圈，拉直头发然后吹干，就相当于把金属线圈完全拉成直的;但如果天气潮湿，而且头发本来就容易弯，水分子不断被头发吸收并参与形成氢键，金属丝难免就会被弯成线圈。头发的道理也是一样的。
那么，为什么有的人头发直，有的人头发弯呢?目前主要有两种观点，一种观点认为头发弯曲是由毛皮质层厚度不均匀导致的。另一种则认为，这是由毛囊的形状所决定：直的毛囊产生直的毛发，弯曲的毛囊产生弯曲的毛发。直发来自一个圆形的毛囊，横截面近似圆形;而波浪卷发则从略带椭圆的毛囊中长出，因而其弯曲的弧度也略呈椭圆形;非常卷曲的头发在拥有非洲血统的人中很常见，他们的毛囊横截面呈扁平的椭圆形。
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