Антропологические и биомеханические основы конструирования изделий из кожи

АНТРОПОЛОГИЧЕСКИЕ 
И БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ 

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ 

ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОЖИ

В.М. КЛЮЧНИКОВА 
В.В. КОСТЫЛЕВА

Москва
ИНФРА-М

2022

УЧЕБНИК

Рекомендовано Федеральным учебно-методическим объединением 

в системе высшего образования по укрупненным группам специальностей 
и направлений подготовки 29.00.00  «Технологии легкой промышленности» 

в качестве учебника при реализации основных профессиональных образовательных 

программ высшего образования по направлению подготовки (специальности) 

бакалавриата / магистратуры по направлению подготовки 
29.03.01 «Технология изделий легкой промышленности», 

29.03.05 «Конструирование изделий легкой промышленности», 

29.04.01 «Технология изделий легкой промышленности» 

и 29.04.05 «Конструирование изделий легкой промышленности»

УДК 675(075.8)
ББК 37.256я73
 
К52

Ключникова В.М.

К52 
 
Антропологические и биомеханические основы конструирования 

изделий из кожи : учебник / В.М. Ключникова, В.В. Костылева. — 
Москва : ИНФРА-М, 2022. — 252 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1145262.

ISBN 978-5-16-016437-3 (print)
ISBN 978-5-16-103813-0 (online)
В учебнике приведены основы анатомии и физиологии верхних и нижних 

конечностей, их строение, функции скелета и мышц, деятельность сосудистой 
и нервной систем. Рассмотрены контактные и бесконтактные измерительные 
средства для получения размерных признаков стоп, методы обработки антропометрических данных, закономерности в распределении размеров стоп и кистей. 
Освещены вопросы биомеханики движений человека. 

Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных 

стандартов высшего образования последнего поколения.

Предназначен для бакалавров направлений подготовки 29.03.01 «Технология 

изделий легкой промышленности», 29.03.05 «Конструирование изделий легкой 
промышленности», магистрантов направлений подготовки 29.04.01 «Технология 
изделий легкой промышленности», 29.04.05 «Конструирование изделий легкой 
промышленности» при изучении дисциплин «Основы антропологии и биомеханики», «Конструирование изделий из кожи», «Проектирование технологической оснастки». Будет полезен студентам при выполнении курсовых проектов 
и работ, научно-исследовательских и выпускных квалификационных работ, 
при самостоятельном изучении указанных дисциплин, а также специалистам 
обувных и кожгалантерейных предприятий.

УДК 675(075.8) 
ББК 37.256я73

Р е ц е н з е н т:

Евсюкова И.В., кандидат технических наук, заместитель генераль
ного директора АО «Российский союз кожевников и обувщиков» 
по аналитическим вопросам

ISBN 978-5-16-016437-3 (print)
ISBN 978-5-16-103813-0 (online)

© Ключникова В.М., 

Костылева В.В., 2021

Предисловие

Предыдущее издание учебника составлялось авторитетным кол
лективом ученых-специалистов на основе обобщения научных исследований отечественных и зарубежных ученых, которые определяют современную отечественную научную и инженерную школы 
в области разработки сберегающих здоровье конструкций изделий 
из кожи.

Участие в массовых обмерах стоп населения обувщиков-техно
логов Ю.П. Зыбина, Б.П. Хохлова, X.X. Лиокумовича, К.И. Ченцовой, О.В. Фарниевой и других специалистов совместно с антропологами и медиками М.А. Петровым, В.В. Бунаком, П.Р. Зенкевичем, П.Н. Башкировым, М.В. Игнатьевым, В.М. Кране и обработка 
результатов обмера с учетом задач обувной промышленности позволили использовать полученные данные для создания рациональной конструкции обуви.

Большим количеством исследовательских работ установлено, 

что размерные признаки стоп распределяются по определенным закономерностям. Четыре закономерности, которые являются основой многих современных исследовательских и конструкторских 
работ по проектированию обуви, установлены Ю.П. Зыбиным.

В учебнике приведены основы анатомии и физиологии верхних 

и нижних конечностей — их строение, функции скелета и мышц, 
деятельность сосудистой и нервной систем. Рассмотрены методы 
массовых антропологических исследований с использованием контактных и бесконтактных измерительных средств и техники для 
получения размерных признаков стоп, применение вычислительной техники для обработки данных, закономерности размеров стоп 
и кистей. Освещены вопросы биомеханики движений человека. 
Сегодня при проектировании обуви учитывают не только информацию о некоторых размерных признаках и форме стоп, приведенную к существующей размерно-полнотной типологии. Практика 
показывает, что для создания изделий немаловажен физиологический и психологический комфорт, когда все органы и системы 
человека (кровообращение, дыхание, опорно-двигательная функция 
и др.) в тех или иных экологических, жизненных или производственных условиях, а также социально-демографических ситуациях функционируют нормально. Подтверждением тому служит 
ряд выполненных на кафедре «Художественное моделирование, 
конструирование и технологии изделий из кожи» диссертационных 

работ: «Антропо-биомеханическое обоснование конструкций специальной обуви для спортивных танцев», «Разработка методики 
автоматизированного проектирования вкладных ортопедических 
приспособлений обуви», «Разработка методики проектирования 
внутренней формы обуви на основе виртуальной визуализации 
поверхности стопы», «Разработка метода получения антропометрических данных и проектирования внутренней формы обуви 
с использованием цифровых и информационных технологий», 
«Автоматизированная система бесконтактного обмера и обработки 
данных поверхности стопы», «Расчет параметров рациональной 
внутренней формы обуви на основе силового взаимодействия 
стопы с обувью», «Исследование и разработка метода получения 
обобщенных антропометрических данных с использованием бесконтактных способов обмера и ЭВМ» и др. 

В результате освоения учебной дисциплины «Основы при
кладной антропологии и биомеханики», для которой предназначен 
учебник, обучающиеся должны:

знать

 
• анатомическое и физиологическое строение свободных верхних 

и нижних конечностей;

 
• способы проведения антропометрических исследований верхних 

и нижних конечностей;

 
• методы статистической обработки результатов обмеров;

 
• принципы построения размерной типологии кистей и стоп;

 
• работу свободных верхних и нижних конечностей при раз
личных режимах передвижения человека;

 
• типы оборудования и порядок проведения конкретных видов 

антропометрических и биомеханических исследований;

 
• виды деформации стоп и вызывающие их причины;

уметь

 
• определять расположение основных антропометрических объ
ектов исследования (кости, мышцы и др.);

 
• проводить обмер верхних и нижних конечностей по суще
ствующим методикам;

 
• проводить статистический анализ основных размерных при
знаков, полученных при обмерах;

 
• составлять уравнения связи между размерными признаками;

 
• использовать при проектировании продукции физиологиче
ские и эксплуатационные границы допустимого давления обуви 
на стопу;

 
• определять деформации стоп и причины их возникновения;

владеть

 
• средствами антропометрических исследований; 

 
• методами расчета основных статистических параметров вы
борки и уравнений регрессии; 

 
• методом оценки степени корреляции между размерными при
знаками;

 
• теоретическими основами и принципами построения размерной 

типологии для различных групп населения;

 
• методами определения деформаций стоп и причин их возник
новения, необходимых в создании конкурентоспособных конструкций обуви и кожгалантерейных изделий, отвечающих требованиям современности.
Издание учебника посвящается 120-летию со дня рождения 

Юрия Петровича Зыбина — основателя науки о производстве 
обуви, 85-летию со дня рождения Виталия Александровича 
 Фукина — ученика Юрия Петровича Зыбина, значительно развившего основные положения технологической науки, 90-летию 
кафедры «Художественное моделирование, конструирование и технологии изделий из кожи» Российского государственного университета имени А.Н. Косыгина.

Введение

Анатомия и физиология возникли как специальные научные 

дисциплины в эпоху Возрождения, что связано с общим развитием 
естествознания в период формирования буржуазного общества.

Отрывочные сведения по анатомии и физиологии были известны 

в глубокой древности, но они не имели систематического научного 
характера. Значительный интерес к этим научным дисциплинам, 
как и ко всей медицине, был проявлен в Древней Греции. Знаменитому греческому мыслителю и врачу Гиппократу (460–377 гг. 
до н.э.) принадлежит несколько трудов по медицине, в которых 
приведены отдельные сведения по анатомии и физиологии. Так, 
он сравнительно правильно описал кости черепа. Гиппократ учил, 
что основу строения организма составляют четыре «сока»: кровь, 
слизь, желчь и черная желчь. От преобладания одного из этих «соков» зависят виды темперамента человека: сангвиник, холерик, 
флегматик и меланхолик. Следовательно, темперамент человека 
как одно из проявлений его душевной деятельности обусловлен 
состоянием «соков» тела, т.е. материи. В этом был материализм 
Гиппократа. Исходя из такого представления об организме, Гиппократ смотрел на болезни как на результат неправильного смешения 
жидкостей, вследствие чего ввел в практику лечения различные 
«жидкогонные» средства. В анатомических сведениях Гиппократа 
имеются ошибки. Так, он не отличал нервы от сухожилий, считал, 
что артерии содержат воздух, откуда и их название (аеr — воздух, 
tereo — несу), а основная функция головного мозга — выделение 
слизи.

Положительную роль в развитии анатомии сыграл Аристотель 

(384–322 гг. до н.э.) — крупнейший ученый и философ Древней 
Греции. Пользуясь сравнительным методом, он изучил и описал 
внешность, а в ряде случаев и строение более 500 видов животных 
и сделал первую попытку их классификации. Аристотель правильно понимал роль надкостницы и знал о сосудах, питающих 
кость, отличал нервы от сухожилий, указал, что все артерии выходят в конечном счете из аорты. Ему были известны диафрагма, 
некоторые крупные вены, роль сердца и почек. Аристотель не занимался анатомией человека, но его анатомо-физиологические представления долгое время оказывали влияние на развитие этой науки.

В Римской империи выдающимся философом, биологом, вра
чом, анатомом и физиологом был Клавдий Гален (130–200 гг. н.э.). 

Сфера его деятельности была ограничена преимущественно медициной. Гален был придворным врачом императора-мыслителя 
Марка Аврелия и имел исключительные условия для своей научной и врачебной деятельности. Он проводил эксперименты на животных и вскрывал их трупы. В его трудах сообщается о наличии 
нервов в мышцах, он дал классификацию костей и их соединений, 
описал различные отделы головного мозга. Но он допустил также 
много ошибок, например, построил неправильную схему кровообращения, согласно которой центральным органом кровеносной 
системы являлась печень.

Средние века характеризуются застоем в науке, в том числе 

и в медицине. Церковь организовала гонение на науку, одним 
из проявлений церковного гнета явился запрет на вскрытие трупов, что ставило препятствия на пути развития медицины. В эпоху 
Средневековья только отдельным ученым удалось внести свой 
вклад в науку. К их числу относится выдающийся таджикский 
ученый, врач и философ Ибн-Сина (Авиценна), живший в 980–
1037 гг. н.э. В его знаменитой книге «Канон медицины» содержатся все медицинские сведения того времени, в том числе данные 
по анатомии и физиологии. По этой книге учились врачи Востока 
и Запада до XVII столетия.

Эпоха Возрождения славится такими титанами, как Леонардо да 

Винчи, Андреас Везалий и Вильям Гарвей, которые построили 
фундамент научной анатомии.

Леонардо да Винчи (1452–1519 гг.) внес огромный вклад в раз
витие анатомии человека и животных и явился основоположником 
пластической анатомии. Вопреки религиозным представлениям 
о происхождении Евы из ребра Адама, он твердо указывал на наличие у мужчин 12 пар ребер. В своих рисунках Леонардо впервые 
правильно изобразил различные органы человеческого тела.

Андреас Везалий (1514–1564 гг.) — бельгиец, фламандец по про
исхождению; он подошел к изучению человеческого организма материалистически и использовал объективный метод наблюдения. 
Его руководство «О строении тела человека в семи книгах» (1543 г.) 
И.П. Павлов охарактеризовал следующими словами: «Труд Везалия — это первая анатомия человека в новейшей истории человечества, не повторяющая только указания и мнения древних авторитетов, а опирающаяся на работу свободного исследующего ума».

Вильям Гарвей (1578–1657 гг.) — англичанин, он первым от
крыл круговорот крови. До него господствовало учение, что кровь, 
наделенная пневмой, движется по сосудам в виде приливов и отливов. Результаты исследований Гарвея изложены в трактате «Ана

томическое исследование о движении сердца и крови у животных» 
(1628 г.).

В XVIII–XX вв. большие успехи были достигнуты в различных 

разделах медицины, в частности физиологии. Эти успехи в значительной мере связаны с трудами отечественных ученых. Первая 
врачебная школа в России была организована в середине XVII в. 
Уже в то время на русском языке имелись руководства, содержащие сведения по медицине. Анатомия изучалась на скелетах. 
С XVIII в. (при Петре I) началась систематическая подготовка 
медицинских работников, из среды которых в дальнейшем вышли 
выдающиеся отечественные ученые. Большое значение в развитии 
естествознания и медицины имела деятельность гениального русского ученого М.В. Ломоносова. Он добился открытия в Москве 
первого русского университета, в составе которого был и медицинский факультет.

Профессор анатомии и физиологии П.А. Загорский (1764–

1846 гг.) занимался изучением сосудистой системы. Он написал 
учебник анатомии на русском языке. 

Н.И. Пирогов (1810–1881 гг.) работал в области хирургии, ана
томии и других разделов медицины. В анатомию он ввел новый 
метод исследования — последовательный распил замороженных 
трупов. С помощью этого метода ученый разработал основы топографической анатомии.

И.М. Сеченов (1829–1905 гг.) — основоположник русской фи
зиологии, с его именем связаны выдающиеся открытия в различных 
разделах этой науки. Ученый открыл явления торможения в центральной нервной системе, впервые изучил состав газов крови, 
 выяснил роль и значение гемоглобина в переносе углекислого газа 
и т.д.

И.П. Павлов (1849–1936 гг.) разрабатывал различные проблемы 

физиологии и создал труды, имеющие огромное значение для всей 
медицины и биологии. В своей работе И.П. Павлов, как и И.М. Сеченов, исходил из принципа целостности организма и его единства 
с окружающей природой. Его основные труды посвящены физиологии кровообращения, пищеварения и больших полушарий головного мозга. Особое значение имеют исследования И.П. Павлова, 
посвященные изучению функций коры головного мозга, которые 
показали, что в основе психической деятельности человека лежат 
физиологические процессы, протекающие в коре головного мозга. 
До И.М. Сеченова и И.П. Павлова сущности психической деятельности не знали и считали ее непознаваемой. Изучение функций 
коры головного мозга, с которыми связана наша психическая дея

тельность, стало возможным лишь после того, как И.П. Павлов 
установил, что в основе деятельности коры головного мозга лежит 
процесс образования условных рефлексов. Учение И.П. Павлова — 
одна из естественно-научных основ материалистического мировоззрения, признающего объективность и познаваемость мира.

В.В. Бунак (1891–1979 гг.) долгие годы возглавлял московскую 

школу, занимавшуюся разработкой возрастной и конституционной 
морфологии.

Глава 1 

АНАТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 

СТРОЕНИЯ ВЕРХНИХ И НИЖНИХ 

КОНЕЧНОСТЕЙ

Анатомия человека — биологическая наука, изучающая жиз
ненные процессы организма.

Человеческий организм представляет собой единое целое, все 

системы и органы которого развиваются и функционируют во взаимной зависимости и обусловленности. На изменчивость организма влияют внутриутробное развитие, возраст, пол, социальные 
условия жизни человека, условия его труда и быта. К группе 
 факторов, связанных с внутриутробным развитием, причисляют те, 
которые передаются человеку по наследству и с которыми он рождается.

Все органы человеческого тела подвержены возрастным изме
нениям. При этом одни органы развиваются быстрее, другие стареют раньше.

Половые особенности в этой или иной степени проявляются 

в строении всех органов, но в наибольшей степени они касаются 
органов малого таза.

Таким образом, индивидуальные колебания в строении органов 

человека так же бесконечно разнообразны, как и комбинации перечисленных выше основных факторов.

Анатомия (от греч. anatome — рассечение) — наука о форме 

и строении отдельных органов, систем и организма в целом, которая изучает строение и развитие человеческого тела в зависимости от его функций, особенностей происхождения, возрастного 
развития, условий труда и быта. Анатомия является разделом морфологии.

Рассечение — один из способов, которым пользуются при из
учении строения организма.

Предмет анатомии — особенности строения организма на разных 

уровнях организации живой материи — как тела в целом, так и закономерностей строения клетки и ее частей. Интересы анатомии 
соприкасаются с вопросами, решаемыми другими науками, прежде 
всего физиологией и антропологией.

Физиология (от греч. physis — природа и logos — учение) — наука 

о жизнедеятельности целостного организма и его частей — клеток, 
органов, функциональных систем.