引言
死亡，是生命最确凿无疑的终点，也是我们认知中最深邃、最引人探寻的谜题。在临床医学中，我们试图用一系列生理学指标来为这个终极过程下一个精准的定义：心跳停止、呼吸消失、大脑功能完全且永久丧失。长久以来，我们普遍认为，当生命维持系统被撤除后，身体的各个器官，尤其是作为生命中枢的心脏和大脑，会近乎同步地走向沉寂。这幅“交响乐团同时奏响休止符”的图景，构成了我们对死亡过程的基本想象，并指导着从临终关怀到器官捐献的诸多临床实践。
然而，事实果真如此吗？在这个由生到死的灰色地带，大脑和心脏的“告别”是否真的步调一致？对这个过程的深入探究，不仅因伦理所限而困难重重，更因技术的壁垒而使我们始终隔着一层迷雾。
10 月 16 日，《Nature Medicine》的研究报道“Characterizing the physiology of circulatory arrest in humans”，以一种前所未有的方式，将一束强光投射进了这个生命的“黑匣子”。研究人员通过对撤除生命维持治疗(withdrawal of life-sustaining treatment, WLST)的患者进行严谨、多模态的实时监测，捕捉到了生命逝去过程中一系列惊人且深刻的生理学细节。
这项研究的核心发现，撼动了我们对死亡过程的传统认知：大脑的循环，这位意识王国的君主，其谢幕远比我们想象的要早。在心脏最终归于平静之前的数分钟，大脑的血流就已经悄然停止。这不仅仅是一个时间差的问题，它揭示了一个远比我们想象的更为复杂、更具层次的死亡过程。这一发现，将迫使我们重新审视死亡的定义、复苏科学的黄金时间，以及器官捐献的伦理与技术边界。
大脑的无声告别：一场领先于心跳的谢幕
想象一下，在重症监护室(ICU)中，当所有医疗手段都已穷尽，家属与医生共同做出那个艰难的决定——撤除生命维持治疗。从这一刻起，一个独特的、完全自然的生理过程开始了。这为研究人员提供了一个宝贵的、符合伦理的窗口，去观察生命如何一步步走向终结。该研究的核心团队，正是在这样的背景下，对 39 名成年患者展开了一项前瞻性的观察研究。他们动用了一系列尖端的监测技术，如同一个高度协同的生理学侦测网络，同时捕捉大脑与心血管系统的动态变化。
研究人员使用了一种名为经颅多普勒超声(transcranial Doppler, TCD)的技术，它可以无创地实时测量大脑主要动脉的血流速度，特别是供应大脑前部大部分区域的中脑动脉(middle cerebral artery， MCA)和供应后部脑干、小脑及枕叶等关键区域的后脑动脉(posterior cerebral artery， PCA)。与此同时，心电监护仪记录着心脏的电活动，动脉导管则精确地描绘着每一次心跳带来的血压波动。
当数据随着时间的流逝缓缓展开，一幅令人震惊的画面浮现了。研究结果显示，从撤除生命维持治疗开始，到患者最终达到无脉性电活动(pulseless electrical activity， PEA，即心电图上仍有电活动但已无法产生有效心跳和脉搏)的中位时间是 46 分钟，而到心脏电活动完全消失(electrical asystole, EA，即心电图呈一条直线)的中位时间则是 49 分钟。然而，大脑的循环却早已先行一步。测量数据显示，大脑中脑动脉血流速度(MCAv)完全停止的中位时间点是 43 分钟。
这意味着，在心脏的机械功能（产生脉搏）完全丧失之前，大脑的循环已经提前终止。两者之间的时间差并非微不足道。数据显示，大脑循环的停止，中位数要比无脉性电活动的出现早 102 秒（约 1.7 分钟），比心电活动完全消失早 397 秒（约 6.6 分钟）。
这个发现具有颠覆性的意义。它清晰地表明，死亡并非一个所有系统同步“关机”的瞬间事件，而是一个有先后顺序的级联过程。在这个过程中，大脑，这个人体最复杂、对缺氧最敏感的器官，是第一个“投降”的。当心脏还在进行最后微弱的电活动挣扎时，大脑的“生命之河”，血液循环，已经干涸。
更有趣的是，研究人员还观察到了大脑内部告别的异质性。在一些患者中，负责高级认知功能的前循环(anterior circulation，以 MCA 为代表)先于负责基本生命维持的后循环(posterior circulation，以 PCA 为代表)停止；而在另一些患者中，情况则恰好相反。这提示我们，即使在生命的最后时刻，个体的生理差异依然显著，死亡的过程并非千篇一律的脚本。
这一核心发现，立刻在我们面前抛出了一个深刻的伦理与哲学问题：我们应该如何定义“死亡”的精确时刻？如果说意识、思想和感知构成了我们作为“人”的核心，而承载这一切的大脑已经先于心脏数分钟陷入永久的沉寂，那么，当监护仪上心电波形还在描绘最后轨迹时，生命是否已经实质性地结束了？这个问题没有简单的答案，但这项研究提供的数据，无疑为这场讨论投下了一块沉重的基石。它迫使我们必须思考，我们现有的、很大程度上依赖于心肺功能判断死亡的标准，是否足够精确地捕捉到生命的本质终点。
缺氧的悖论：濒死大脑为何无法‘呼吸’？
在循环衰竭的过程中，身体的所有组织都面临着同一个致命威胁：缺氧。当血压不断下降，血流逐渐减缓，组织为了生存会本能地做出反应，尽力从流经的每一滴血液中榨取更多的氧气。这个能力的量化指标被称为氧摄取分数(oxygen extraction fraction, O₂EF)，即组织消耗的氧气量占血液供应氧气总量的百分比。在正常情况下，一个健康的组织在面临缺氧压力时，其O₂EF 会显著升高，这是一种关键的代偿机制。
带着这个基础生理学知识，研究人员将目光投向了濒死过程中大脑与身体其他部位的不同反应。他们巧妙地通过在颈内静脉球部(jugular venous bulb)和肺动脉(pulmonary artery)同时置入导管，得以分别测量流出大脑的血液和流经全身的混合静脉血中的氧含量。这样一来，他们就能精确计算并比较大脑的O₂EF 和全身（系统性）的O₂EF。
实验结果揭示了一个深刻的悖论。随着患者的血压从撤除生命支持后开始进行性下降，代表身体整体情况的系统性O₂EF 如预期般稳步上升。这表明，身体的肌肉、脏器等组织正在努力地从日益减少的血液供应中提取氧气以维持最后的代谢活动。然而，大脑的O₂EF 却表现出截然不同的行为：它不仅在基础状态下就低于全身水平，而且在整个濒死过程中几乎没有表现出任何代偿性的增加。
大脑，这个全身耗氧量最大的器官（占全身总耗氧量的 20%），在最需要氧气的关头，反而似乎放弃了“努力呼吸”。为什么会这样？
研究人员指出，这背后可能隐藏着一种被称为“氧弥散限制”(diffusion limitation of oxygen extraction)的病理生理状态。这个概念听起来有些复杂，但我们可以这样理解：问题不仅仅出在“上游”的血液供应不足，更关键的是“下游”的组织细胞本身出了问题。氧气从毛细血管中的红细胞传递到需要它的神经元线粒体，需要跨越一段微观的物理距离。在严重的脑损伤（研究中的大多数患者都存在基础脑部疾病）或极端缺血缺氧条件下，细胞水肿、毛细血管受压以及细胞自身代谢机器的损坏，都会导致这条“最后一百米”的运输通路严重受阻。
换句话说，即便有携带氧气的红细胞挣扎着到达了大脑的毛细血管，氧气分子也难以高效地被神经元所利用。大脑的细胞就像一个被围困在粮仓里的饥饿者，虽然粮食就在身边，却失去了有效获取和利用它的能力。
这个发现为我们理解缺血性脑损伤的脆弱性提供了全新的视角。大脑在循环骤停中的死亡，不仅仅是“饿死”（缺乏血供），更是一种“窒息而死”（无法利用氧气）。这也解释了为何大脑的循环会先于身体其他部位停止，当最关键的能量代谢环节失效时，这个高度依赖能量的器官便率先崩溃。与身体其他组织相比，大脑在这场与死亡的赛跑中，处于一个极其不利的位置。它不仅是第一个面临血液断供的，其内部的自救机制也似乎更早地失灵了。这一深刻的生理差异，或许正是决定生死结局中“大脑优先受损”这一残酷事实的根本原因。
静默的生物标志物：风暴中心的意外平静
当组织细胞，尤其是脆弱的神经元，在缺血缺氧的打击下开始死亡时，它们会像破碎的容器一样，将其内部的特定蛋白质释放到周围的组织液和血液中。在现代神经科学中，这些蛋白质被称为血源性神经标志物(blood-based neurologic biomarkers)，它们是评估脑损伤程度的“信使”。例如，胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)的升高通常指示星形胶质细胞受损；神经丝轻链(neurofilament-light, Nf-L)是神经轴突损伤的标志；而 tau 蛋白和泛素羧基末端水解酶 L1(UCH-L1) 则分别与神经元轴突和胞体的损伤有关。
基于这个逻辑，一个合理的推测是：在从撤除生命支持到循环完全停止的这段时间里，随着大脑缺血的加剧，这些生物标志物的水平应该会在血液中出现一个急剧的飙升。为了验证这一点，研究人员在两个关键时间点采集了患者的动脉血和颈内静脉血样本：一次是在撤除生命支持之前(Pre-WLST)，另一次则是在收缩压下降至低于 60 毫米汞柱之后，这是一个临床上认为脑灌注严重不足的危险阈值。通过比较进出大脑的血液中这些标志物的浓度差异（即动-静脉梯度），研究人员可以精确判断大脑在濒死过程中是否正在“泄漏”这些损伤分子。
然而，分析结果再次出乎所有人的意料。数据显示，在整个濒死过程中，除了动脉血中的 Nf-L 浓度有轻微增加外，无论是 GFAP、tau 蛋白还是 UCH-L1，其在动脉血、颈内静脉血中的浓度以及跨大脑的动-静脉梯度，都没有发生显著变化。
这个结果近乎是反直觉的。在可以想象的最严重的脑缺血事件中，预期的生化损伤“海啸”并未到来，血检结果呈现出一片令人困惑的平静。这片平静背后，可能隐藏着几种可能性：
第一种可能是“天花板效应”(ceiling effect)。研究队列中的大多数患者在进入临终阶段前，本身就已经患有严重的原发性或继发性脑损伤。这意味着，大量的脑细胞损伤可能已经发生，血液中的生物标志物水平已经处于一个很高的平台期。后续的临终缺血过程，虽然是致命的，但可能并未在已经严重受损的大脑中引发“额外”的大规模、可检测的标志物释放。损伤的“杯子”，或许早已满了。
第二种解释则更为关键，它触及了缺血性脑损伤研究中的一个核心辩题：“缺血”与“再灌注”哪个阶段的损伤更大。这项研究的结果强烈暗示，在人体中，纯粹的、进行性的缺血阶段（即濒死过程）本身，可能并不是神经标志物大量释放的主要驱动力。真正的生化风暴，或许发生在循环恢复之后，也就是所谓的“再灌注损伤”(reperfusion injury)。当携带氧气的血液在心脏复苏后重新涌入缺血已久的大脑时，可能会触发一系列剧烈的氧化应激和炎症反应，导致更大规模的细胞死亡和标志物释放。这项研究首次在人体中为这一理论提供了间接但有力的证据。
第三，这也可能与时间分辨率和清除机制有关。这些大分子蛋白的释放、进入循环并达到可检测浓度需要一定时间，而濒死过程可能相对迅速。同时，循环功能衰竭也意味着这些标志物的清除能力下降，这使得解读血液浓度的动态变化变得异常复杂。
无论如何，“静默的生物标志物”这一发现意义重大。它挑战了我们对于脑损伤生物标志物动态变化的传统看法，并提示临床医生和研究人员，在解读心脏骤停患者的血检结果时必须更加谨慎。它告诉我们，在评估脑损伤时，“何时”测量与“测量什么”同样重要。这场濒死过程中的生化平静，可能正预示着另一场更大风暴的来临——如果生命得以复苏的话。
最后的喘息：脑干的绝地反击
在生命的最后阶段，一些患者会出现一种特殊而原始的呼吸模式，被称为“濒死喘息”(agonal breathing)。这是一种深而慢、看似费力的喘息，是脑干呼吸中枢在极端缺氧下的一种原始反射。它常被外行误解为恢复的迹象，但在临床上，它通常预示着心脏即将停搏。长久以来，我们对这种最后喘息的生理学效应知之甚少。它仅仅是一个无效的神经反射，还是在生命的最后时刻仍具有某种生理意义？
在这项研究中，一部分接受了肺动脉导管监测的患者为回答这个问题提供了独一无二的数据。研究人员精确地捕捉到了每一次濒死喘息前后，患者体内血流动力学的瞬时变化。
分析结果描绘了一幅动人心魄的画面，展现了生命最古老的脑区，脑干，的最后挣扎。数据显示，每一次濒死喘息，都会引发肺动脉压力(pulmonary artery pressure, PAP)和中心静脉压(central venous pressure, CVP)的短暂升高。这个压力波会传递回右心房，增加心脏的前负荷，并通过左心系统泵出，导致体循环血压出现一个微小的、短暂的搏动。
最关键的变化发生在大脑。这个由喘息驱动的微弱压力波，虽然对供应大脑皮层的前循环(MCAv)影响不大，却显著地引起了供应脑干的后循环血流速度(PCAv)出现一次短暂而急促的峰值。在喘息发生后的 4 到 5 秒内，PCAv 可以瞬间达到 5-32 cm/s 的峰值，尽管这个效应在 10 到 15 秒内就会完全消失。
这个发现的生理学意义是明确的：濒死喘息，作为一种源自脑干的反射，其直接目的似乎就是为了给脑干自身进行最后一次灌注。这是一个惊人的、自我服务的闭环反射。在全身循环系统即将崩溃的边缘，脑干，这个维持着最基本心跳和呼吸节律的生命中枢，通过驱动一次喘息，为自己争取到了几秒钟极其宝贵的血液供应。这堪称一场生理学上的“绝地反击”。
然而，这场反击尽管悲壮，却未能改变最终的结局。研究人员进一步分析发现，尽管濒死喘息能够短暂地增加脑干的血流“速度”，但它并没能改善大脑的氧合状态。大脑的氧饱和度或 O₂EF 在喘息后均无变化。这再次印证了前面提到的“氧弥散限制”问题，即使有短暂的血流改善，受损的脑组织也无法有效利用其中的氧气。此外，这些患者本身存在的肺功能障碍也限制了濒死喘息从空气中获取氧气的能力。
因此，濒死喘息更像是一曲生命的挽歌，而不是复苏的号角。它以一种近乎悲剧性的方式，向我们展示了生命系统内在的、为生存而战的顽强意志，即使这种努力在生理上已是徒劳。这项研究首次在人体中精确量化了这一古老反射的血流动力学效应，为我们理解生命的最后时刻增添了深刻而复杂的一笔。
重塑临床实践的思考
一项卓越的科学研究，其价值不仅在于揭示了新的自然规律，更在于它如何启发我们去反思和改进现有的实践。这篇发表于《自然-医学》的研究，正是这样一项工作。它的发现，在死亡判定、复苏科学和器官捐献等领域激起了层层涟漪，促使我们重新思考一些根本性的问题。
1）对死亡判定的挑战
当前，全球范围内对于“循环死亡”的判定，很大程度上依赖于心肺功能的永久性丧失，例如持续一段时间无脉搏、无心电活动。然而，这项研究的铁证，大脑循环比心脏功能早数分钟停止，对这一标准提出了严峻的挑战。在器官捐献领域，尤其是在“心死亡器官捐献”(Donation after Circulatory Death, DCD)的流程中，精确判断死亡时间点至关重要，它直接关系到何时可以开始器官获取手术。如果大脑，这个定义个体存在的核心器官，已经先于心脏“死亡”，我们是否应该将脑循环的永久性停止作为更早、更根本的死亡标志？这不仅是一个技术问题，更是一个深刻的伦理问题，需要医学界、伦理学界和全社会进行深入的讨论。
2）对复苏科学的启示
对于心脏骤停的抢救，时间就是生命，更是大脑。这项研究揭示了一个令人警醒的事实：当我们临床上探测到无脉性电活动(PEA)时，患者的大脑实际上已经承受了至少 2-3 分钟的完全无血流状态。这无疑加剧了大脑在心脏骤停事件中的脆弱性，也解释了为何即便心脏复苏成功，许多患者仍会留下严重的、不可逆的神经功能缺损。这一发现强烈地提示，我们需要探索更早期的干预措施。未来的复苏策略，或许不应仅仅聚焦于恢复心跳，更应思考如何在心脏停搏前的最后阶段，甚至在濒死喘息的短暂窗口期，采取措施保护或改善脑灌注。大脑是第一个受害者，也理应是第一个被拯救的对象。
3）提供一个崭新的研究模型
在过去，想要在人体中系统地研究纯粹脑缺血的生理过程几乎是不可能的。而这项研究巧妙地将临终关怀的临床情境，转化为一个符合伦理的、独特的人体“脑缺血模型”。它向我们展示了，通过多模态的连续监测，我们可以在生命的自然终结过程中，获得关于大脑如何应对极端压力的宝贵数据。这为未来研究缺血性脑损伤的机制、探索新的神经保护药物和治疗策略，打开了一扇前所未有的大门。
4）对生命终末的再认识
最终，这项研究超越了冷峻的数据和图表，为我们提供了一种对死亡过程更为深刻和人性化的理解。它告诉我们，死亡并非一个开关“啪”地关掉的瞬间，而是一个复杂的、有先后次序的、充满生理抗争的告别过程。在这个过程中，大脑率先沉寂，而脑干则以最原始的方式进行着最后的努力。心脏病理状态会影响这个过程的长短，研究发现，存在冠状动脉狭窄的患者，其濒死过程更短，这再次印证了心与脑这对生命核心伙伴之间不可分割的联系。
这项研究没有提供所有问题的答案，但它提出了更好的问题。以严谨的科学证据，邀请我们一同去凝视生命的终点，不是带着恐惧，而是带着敬畏和求知的渴望。它让我们更加理解生命的复杂与脆弱，以及在医学不断进步的今天，我们对于生与死的认知，仍有广阔的未知疆域等待探索。当生命的乐章缓缓奏向最后的休止符，大脑与心脏的二重奏，以一种我们前所未见的、不同步的方式，完成了最后的告别。
参考文献
Bird JD, Hornby L, Hirsch-Reinshagen V, Allen CP, Isac G, Gooderham PA, Shemie SD, Dhanani S, Thiara S, Stukas S, Grey R, Foster DA, Maier LE, LeBlanc AE, Kanji HD, Morelli TF, Agbay AM, Wellington CL, Chahal D, Belanger EC, Ren H, Mattu PS, Su S, Hrazdil CT, Percy J, Sangha P, Plewes LV, Sweet DD, Romano KR, Vu EN, Chittock DR, Dhingra VK, Henderson WR, Garraway NR, Morad Hameed S, Finlayson GN, MacLeod DB, Gibbons TD, Ainslie PN, Hoiland RL, Griesdale DE, Ronco JJ, Sekhon MS. Characterizing the physiology of circulatory arrest in humans. Nat Med. 2025 Oct;31(10):3542-3552. doi: 10.1038/s41591-025-03889-z. Epub 2025 Oct 16. PMID: 41102468.
