1.4. Функции построения и передачи шкал в студенческих работах

Исследований, в которых выполнялось бы фундаментальное измерение – построение новой шкалы путём выявления отношений в системе объектов, – в студенческих рефератах не обнаружено. Это и неудивительно: подобные исследования вообще выполняются редко. Зато построение новых шкал на основе уже известных в рефератах встречается.

Простейшим примером может служить работа студента И.А. Котомина (2008 г.), в которой исследовалась генетическая основа предрасположенности к раку лёгкого. Стратегия одного из этапов исследования заключалась в сравнении двух крайних групп пациентов – группы экстремального онкологического риска (некурящие и малокурящие пациенты с ранним возрастом начала заболевания) и группы онкологической “толерантности” (пожилые курильщики без онкологической патологии). “Интенсивность курения” (а по существу – поглощённую дозу канцерогена) выражали в “пачко-годах”, вычисляемых как количество пачек сигарет, выкуриваемых в день, умноженное на число лет курения.

Шкала “пачко-лет”, очевидно, является пропорциональной, т. е. принадлежит к наиболее обычному для измерений типу. Можно упрекнуть её авторов в том, что она не учитывает крепости табака, наличия или отсутствия фильтра в сигаретах, а также манеры курения, из-за чего поглощённая доза по этой шкале определяется с погрешностью. Но, по-видимому, для данного исследования такой упрощённой шкалы достаточно.

Довольно часто в студенческих исследованиях встречаются ассоциативные шкалы. Характерный пример – работа студента А. Парфёнова (2008 г.), который измерял содержание иммуноглобулинов в сыворотке крови человека, используя явление радиальной иммунопреципитации. В тонком слое агарового геля, содержащего антитела, имеются круглые лунки, в которые вводят пробы с некоторой концентрацией антигена. В результате взаимодействия иммуноактивных белков вокруг лунок возникают видимые кольца преципитации, радиус которых, как утверждает студент, пропорционален концентрации антигена. Реакция проводится в чашке Петри, с одновременным использованием двадцати одной лунки, причём пять лунок используются для калибровки – в них вводятся пробы с известными и различными концентрациями антигена. В нашей терминологии эти пробы являются реперными объектами, передаваемыми экспериментатору для построения шкалы.

Вообще говоря, если радиус колец действительно пропорционален концентрации антигена, достаточно одного репера. Пять реперов позволяют подтвердить пропорциональность, обнаружить отклонение от неё или уменьшить погрешность калибровки, но об этом студент умолчал. Не сказал он и о требованиях к однородности свойств геля (влияние возможной неоднородности можно было бы выяснить, используя несколько одинаковых наборов реперов в одной чашке Петри). Зато в его реферате упомянута ещё одна система реперов – нарисованные кольца, имитирующие кольца преципитации и используемые для проверки правильности работы оборудования и компьютерной программы.

Почти такая же система реперов в виде набора проб, различающихся концентрацией исследуемого вещества, встретилась в ряде студенческих работ, в которых для измерения концентрации растворов использовался спектрофотометр. Обычная методика в этих случаях заключается в следующем. Берётся проба исследуемого (или близкого к нему) вещества известной концентрации. Её часть разводится в определённом отношении, затем часть полученного раствора ещё раз разводится и так повторяется несколько раз. В результате получается набор реперных растворов различной и известной концентрации – его можно назвать шкалой разведений. По результатам измерений, выполненных на этом наборе, методом наименьших квадратов строят характеристику спектрофотометра, которую используют в дальнейшем для определения неизвестных концентраций. В данном случае разброс реперных точек относительно построенной характеристики прямо указывает на наличие погрешности, приводящей к неопределённости характеристики; однако ни в одном реферате эта неопределённость не оценена.

Выше были приведены только некоторые примеры. Но можно утверждать, что во всех случаях, или по крайней мере в большинстве случаев, когда в ходе эксперимента студент строит ту или иную шкалу, неопределённость этой шкалы не оценивается, – а ведь она вносит вклад в неопределённость результата исследования.

Всё сказанное выше относилось к метрическим и ассоциативным (близким к метрическим) шкалам. Можно обнаружить в студенческих работах и неметрические шкалы.

В качестве примера приведём токсикологический эксперимент, при котором оценивается влияние концентрации токсического вещества в воздухе на поведение животного. Из студенческого реферата видно, что при исследовании были использованы биологически значимые реперы: предельно допустимая концентрация токсического вещества, максимальная допустимая при аварийной ситуации и максимальная не летальная концентрация.. Естественно, в реферате нет термина шкала, однако совокупность перечисленных реперов является самой настоящей неметрической шкалой, и её неопределенность тоже желательно было бы оценить.

Обратим внимание ещё на одну сторону дела. Ведь шкала всегда строится на основе вполне определённого отношения объектов, и, следовательно, характеризует определённое свойство этих объектов (напомним: при достаточно развитой шкале это свойство называют величиной). Если свойство, характеризуемое шкалой, не достигло статуса величины, имеющей общепризнанное название, важно дать этому свойству правильное имя.

Выше уже был приведён пример не очень удачного имени: шкала “пачко-лет” характеризует не интенсивность курения, а “накопленную” интенсивность, т. е. всю полученную пациентом дозу табачного дыма.

В некоторых случаях одно и то же имя даётся свойствам, которые представляются хотя и близкими, но всё-таки существенно различными.

В качестве примера рассмотрим понятие “активность”. В студенческих работах (поскольку мы затрагиваем дискуссионный вопрос, не будем упоминать фамилий авторов) этим общим термином объединён ряд различных параметров биологических сред и клеток.

Очевидно, если студент говорит об измерении “активности”, он в простейшем случае (при пропорциональной шкале) должен указать её единицу, а в более сложной ситуации – сослаться на известную шкалу или описать способ построения новой шкалы. Как же обстоит дело в действительности?

Наиболее строгий подход к “активности” проявился в работе по исследованию активности антиоксидантов. Здесь активность была определена как число миллимолей радикалов, которые может восстановить один миллимоль антиоксиданта, т. е. предложена настоящая пропорциональная шкала.

Разумный (но в корне отличающийся от только что описанного) подход к построению шкалы обнаружился в работе по исследованию активности экссудата после глубокого обморожения. В этом исследовании априорно принято, что активность проявляется в увеличении интенсивности миграции клеток под действием экссудата. Интенсивность же миграции в свою очередь связана со скоростью увеличения площади капли с клетками. Наконец, скорость увеличения площади измеряется в пропорциональной шкале через приращение этой площади за заданное время.

Таким образом, получаются две ступени ассоциации: активности с миграцией и миграции со скоростью роста площади, и на основе этих ассоциаций может быть построена шкала активности, формально являющаяся шкалой порядка. В студенческой работе подробно описан способ измерения площади капли, но о построении шкалы активности и тем более о её свойствах (а, значит, и о возможностях корректного выполнения математических операций над результатами измерений) ничего не сказано.

В работе по исследованию активности фактора Виллебранда (она проявляется через скорость агглютинации тромбоцитов) фактически использована шкала разведений бестромбоцитной плазмы как источника фактора Виллебранда. Из текста реферата следует, что его автор принимает активность плазмы (выражая её в процентах) обратно пропорциональной степени разведения. Но в том же тексте плазма характеризуется не только активностью, но и “уровнем” фактора. По-видимому, при разведении изменяется “уровень”, но не активность, если понимать её как свойство самого фактора, не зависящее от его концентрации. Возможно, исследователь смешивает эти два понятия, примерно так же, как в XVIII веке не отделяли температуру от количества тепла, называя то и другое “теплотой”. Если это справедливо, то вопрос – что, собственно, измеряется? – оказывается отнюдь не тривиальным.

Примерно так же смешивается активность с концентрацией в работе по исследованию антимикробной активности пептида индолицина. Здесь активность выражается через диаметр зоны лизиса вокруг лунки. Измеренная таким образом “активность” оказывается связанной зависимостью, близкой к линейной, с логарифмом концентрации исследуемого вещества (а не с самой концентрацией, как считал исследователь фактора Виллебранда!). Далее студент путём экстраполяции линейной зависимости находит минимальную ингибирующую концентрацию, которой соответствует нулевая “активность”. Эта концентрация и рассматривается как результат опыта.

Работа по исследованию функциональной активности тромбоцитов отличается от перечисленных выше исследований различных “активностей” тем, что здесь активность не связана с взаимодействием исследуемого объекта с чем-то иным – объект обладает активностью сам по себе. Эта активность проявляется, грубо говоря, как скорость определённых изменений формы тромбоцитов, а последняя изучается с помощью измерений рассеяния лазерного луча. Вопрос о шкале активности у исследователя даже не возник.

Говоря об “активностях”, можно упомянуть ещё и о том, что в работе по исследованию белка теплового шока БТШ-70 в моллюсках упомянута шаперонная активность этого белка как способность восстанавливать разрушенные белковые цепи. Поскольку задача этой работы состояла в измерении концентрации белка, вопрос о шкале активности не ставился.

Как видно, лишь немногие исследователи предпринимают определённые шаги для построения шкалы изучаемой ими “активности”, но и они не доводят эти усилия до метрологически корректного конца. Это отчасти объясняется трудностями метрологических исследований в данной области.

Хотелось бы, по крайней мере, чтобы студент, использующий термины “активность” или “уровень”, не забывал дать их дефиницию. Кроме того, поскольку имя “активность” явно неоднозначно, оно в каждом конкретном случае должно быть дополнено уточняющим прилагательным (по образцу “шаперонной” или “антимикробной” активности).

Осталось сказать несколько слов о ситуациях, когда шкала передаётся экспериментатору с помощью приборов, непосредственно предназначенных для измерения интересующих его величин.

Встречаются студенческие рефераты, целиком посвящённые описанию приборов, используемых в экспериментах. Как правило, авторы таких рефератов просто переписывают технические характеристики из описаний приборов (и приводят даже фотографии этих приборов). Но ни в одном из рассмотренных рефератов не встретилось сведений о том, не истёк ли межповерочный интервал после очередной поверки какого-либо из приборов. Вероятно, подобные вопросы считаются “мелочью”.