2022年01月25日 09:00
【科學快訊】
「前方到站是：腦死亡。」
撰文 | 栗子
審校 | Clefable
當人類發生心臟驟停的時候，腦部得不到供血，氧氣無法輸送進去，便會造成腦細胞缺氧的狀況。而我們的腦部對此非常敏感，如果持續缺氧，大約在10分鐘內就可能出現腦死亡。
腦死亡的定義是，包括腦幹反射在內的全腦功能喪失，且是不可逆轉的喪失。這樣的患者，有時可以在機器幫助下維持生命，但沒有恢複意識的希望，也無法再獨立呼吸。
目前在許多國家，腦死亡已經成為宣布人死亡的依據，這為腦死亡患者的器官捐獻和移植提供了機會。我們也常常在新聞裏聽到這樣的消息：某時某地某人因意外或疾病而腦死亡，他/她捐獻的器官拯救了多人的生命。
當然，一個人被診斷為腦死亡前，需要經過反複檢查，根據腦電是否靜息、有無自主呼吸、瞳孔對光有無反應、擦拭喉嚨後部有無嘔吐反射等等指標，來確認神經系統的功能。
診斷標准正在逐漸完善，但科學家對腦死亡的發生過程還不十分了解。畢竟，患者出現危急情況時，醫生通常有義務盡力搶救，不能坐視那個過程的自然發生，觀察的樣本也就很難獲得。所以，過往學界對腦死亡的理解大多來自動物實驗。
不過，也有一些重症患者希望減少不必要的痛苦，或希望走得更有尊嚴，便會提前簽署「放棄急救同意書」。柏林大學的神經學家延斯·德雷爾（Jens Dreier）領銜的研究團隊，觀察了多位選擇不急救的患者，發現在通往腦死亡的路上會發生「腦海嘯」，且腦海嘯之中有個關鍵的結點。
科學家相信，只要在這個點來臨前，損傷就是可逆的。
腦子裏的「海嘯」
正常情況下，我們腦中的神經元，依靠電信號來傳送信息。受到刺激的時候，神經元會產生動作電位來傳遞信號；在那之後，則要依靠細胞膜上的鈉鉀泵，讓神經元回到靜息電位，為下一次傳遞信號做好准備。周而複始，腦電圖便呈現出生機勃勃的曲線。
而在缺氧的情況下，腦部會進入「節能模式」，停止電信號的傳遞，也就是停止神經元之間的交流（像一個被困時等待救援的人，不說話可以減少體能消耗）。這種時候，腦電圖會變得平靜，但「節能模式」並不意味著沒有能耗：
平時靠鈉鉀泵維持的靜息電位，是鈉離子在細胞膜外濃度高，而在膜內濃度低。所以，缺氧時就算不產生動作電位來傳遞信號，還是會有鈉離子順著濃度差跑進膜裏。這樣，鈉鉀泵就依然要工作，把細胞膜裏的鈉離子送出去，保證膜內外的濃度差。但把離子從濃度低的地方輸送到濃度高的地方，總要消耗能量。
一旦缺氧時間久了，提供能量的ATP分子會被耗盡，鈉鉀泵無法繼續工作，細胞膜內外的鈉離子濃度差也會消失。這個現象就叫「去極化」（depolarization），可以像海嘯一般，在大腦皮層和其他腦區散播開來。科學家在一些嚴重腦損傷患者的臨終時期，觀察到這樣的散播過程，並把它稱作「腦海嘯」。
而腦海嘯會觸發大量有害的生理反應。比如，由於鈉離子無法被運出細胞，水分便跟著進入細胞以恢複平衡，隨之引發細胞毒性水腫。長時間處在這樣的情況下，大量神經細胞會脹亡，並最終導致不可逆的腦損傷。
但讓科學家感到興奮的是，「腦海嘯」本身並不意味著腦死亡。因為他們發現，在去極化開始發生的時候，神經元並不會立即受損，而是有一定的延遲。
還有時間可爭取
研究團隊觀察了9位遭受過創傷性腦損傷的患者，他們都經曆過一番治療，並在家庭討論後簽署了「放棄急救同意書」。
在患者允許的情況下，科學家在他們腦中植入了電極陣列，利用腦皮層電圖（ECoG）來監測「腦海嘯」，也就是去極化現象在患者腦中擴散的過程。除此之外，他們還實時監測著局部腦血流量和缺氧的情況。
從每一位患者身上撤掉維持生命的治療手段，都造成了人體的自主循環停止（circulatory arrest），並最終導致死亡。
而具體來說，科學家首先在8位患者腦部觀察到，不同腦區的自主腦電活動會同時安靜下來。這種非擴散性抑制（nonspreading depression），發生在腦組織血氧含量急劇下降的時期。
而最終的擴散性去極化（terminal spreading dipolarization），也就是腦海嘯，會在非擴散性抑制發生的13秒~266秒後出現。此時，腦局部血流量也已降到最低點。
在這8位患者身上，最終的擴散性去極化，都發生在循環停止之後。只有1位患者，在自主循環停止之前，已經發生了最後的擴散性去極化，即腦海嘯。
和正常組織中發生的擴散性去極化相比，持續缺血的組織裏，擴散性去極化是難以恢複的。但科學家發現，從擴散性去極化發生，到細胞開始因此而死亡，中間有幾分鐘到十幾分鐘不等的時間。因此他們認為，即便腦海嘯已經發生，只要神經細胞還沒開始死亡，就仍然有機會恢複人體的自主循環，從而恢複供氧。
也就是說，雖然腦海嘯引發的毒性生理反應，可以導致死亡；但想要給腦海嘯按下暫停鍵，並不是沒有機會。如果能在缺血期間，延長神經細胞的存活時間，那麼患者得救的幾率也會增大。
對死亡的認知
由於發現腦海嘯常常發生在自主循環停止後，也在自發的腦活動停止後，科學家認為這有可能讓人們圍繞死亡的定義產生一些新的爭議。
但即便不知道，腦海嘯究竟是在哪一時刻變成了完全不可逆的狀態，有一件事還是確定的：自主循環停止後發生的去極化，並不會自發逆轉。
而研究團隊希望有一天，受到這項研究啟發而誕生的新療法，可以爭取時間，拯救更多因腦缺血而徘徊在死亡邊緣的人類。
封面來源：GoFundMe
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