如何看待 Nature 研究让猪脑「起死回生」？死亡的定义是否会被改写？ 第1页

先解析论文[1]：

• 如何灌注

整个实验的基础就是这套被作者称为BrainEx (BEx)的灌注系统，其设计跟心外科所用的体外循环机（cardiopulmonary bypass, CPB）[2, 3]有很多类似：

该灌注系统 1)包含脉冲发生器，可以模拟生理脉冲( physiological waveforms，血流脉冲等)，支持 20–140 毫米汞柱的压力变化范围，以及每分钟40–180次脉冲频率范围；2) 包含血液透析(haemodiafiltration)功能部分，以维持灌注液的成分平衡；3) 包含热交换部件以控制灌注液温度(可控范围3–42 °C）; 4) 由于灌注液中没有细胞，所以加入了回波敏感粒子/成分(echogenic particles)以方便超声系统对脑中灌注流的状态进行监测；5）包含动脉氧合器(Arterial oxygenator)对灌注液进行充氧; 6) 包含控制系统（computer interface）对灌注流输送状态进行监测和控制。

在猪被宰杀(USDA-regulated, 通过美国农业部监管的屠宰设施和流程)之后，猪脑被从延髓( medulla oblongata)部分切开，并切断连接的血管。屠宰后4小时，灌注液从颈动脉(carotid arteries)导入。灌注进行时，大脑并没有浸没于任何液体之中，而是保存在~95%湿度的环境中(Brain Chamber)。

• 灌注液成分

灌注液设计了两种，一种是对照组灌注液(Control Perfusate)：

另一种是真正起作用的BEx灌注液，其成分要复杂得多：

相比于对照灌注液，BEx灌注液的核心在于 供氧成分 和细胞保护剂成分。

• 实验结果

实验人员先用对照灌注液进行了测试，在屠宰4小时后开始关注，一般经过6个小时的灌注之后，灌注液的输入情况变得越来越差直到无法注入：

而使用BEx灌注液，则可以在6小时后仍然观测到很好的灌注流流通情况：

对使用BEx灌注时血管流通情况进行观测，从解剖上显示了很好的流通情况：

MRI图像进一步揭示了内部的结构变化情况：

使用BEx灌注的大脑在10小时之后具有最接近与活体大脑的解剖情况：侧脑室(绿色处)状况良好、关键结构清晰可辨. 对照组灌注则显示了明显的脑肿胀状态, 同时脑结构信号降低，显示了广泛的结果损坏。无灌注大脑组织内部还有气体聚合的情况(箭头处)，这是脑死亡之后组织降解的信号。

以上是宏观结构的情况，总体来看，BEx灌注能很好的保存大脑结构的状态，当然，这种保存相对于正常的活体大脑还是有明显差距的。

微观方面，尼氏染色（神经细胞胞体着色）显示，使用BEx灌注后的脑组织内，其神经细胞情况更接近于屠宰1小时时候的染色情况，这里需要注意灌注是从屠宰4小时后开始的：

上图显示对照灌注造成了大范围的对神经细胞胞体的破坏，而BEx灌注则很好的保存了胞体的结构情况。更多的证据（这里不一一列出）也证实了这一点。既然从宏观到微观，使用BEx灌注都能够很好的保存大脑结构（包括髓鞘情况等），那这种保存作用能否反映到大脑功能上呢。

答案是肯定的，证据包括 神经胶质细胞的炎症反应：

电子显微镜下的神经突触结构情况：

使用阈上去极化电流刺激(suprathreshold depolarizing current stimuli)会得到正常的放电情况（这是引起最多媒体兴趣的部分）：

同时，这些放电反应都会反映在Na和K离子的浓度上。观测静脉和动脉中的代谢标记物浓度情况，可见BEx灌注的脑组织进行了一定程度的代谢。

个人评论：

生死的标准在植物和比较低等的动物中相对比较模糊，很多植物砍掉茎部之后仍然可以存活，一些植物在极度干燥之后遇水可以很快复活[4]

而蚯蚓可以在被切断之后长回完全体——不管切掉的是头部还是尾部[5-7].

对于人体来说，一些神经结构的短时间破坏也是可以复生的，比如断指的接合和复生[8, 9].

但是，对于大脑这个神经系统的中枢来说，其结构要脆弱的多。缺氧和缺血都会导致大脑结构的损坏，并且一般认为这种损坏是不可逆的[10, 11]. 这种不可逆体现在神经元在人成年之后几乎不可再生[12], 一旦某些神经元被损坏，其存储的信息就永远丢失了。当这种损坏规模比较小时，由于神经连接的繁复性，一些功能可以通过剩余的未经损坏的连接来实现，但当这种顺坏规模比较大时，就有可能破坏某些功能相关的全部连接，因而该功能就完全被破坏了[13].

具体到该研究的对象，合适的灌注能保存一定的功能，但没有观测到任何神经元自发放电。神经元结构的观察也证明大部分神经元细胞的结构已经有一定程度的破坏。这样的结构和代谢状态显然已经低于大脑的最小状态了/植物人状态了[15]:

这种状态仍然符合脑死亡的定义。其功能没有驱动躯体活动的可能。所以媒体关于“复生”的解读是完全错误的，是典型的clickbait. 该研究对死亡的定义，尤其是对脑死亡定义的影响可以忽略。

对于临床来说，这个实验可能会给脑功能在创伤之后恢复的可能性带来更为积极的理解。比如中风、脑外伤、脑部手术等在合适的处理下可能会带来更加积极的效果，即使某些处理在之前认为是没有实际意义的。

[1] Vrselja, Z. et al. Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-1099-1

[2] Dennis, C., Spreng Jr, D. S., Nelson, G. E., Karlson, K. E., Nelson, R. M., Thomas, J. V., ... & Varco, R. L. (1951). Development of a pump-oxygenator to replace the heart and lungs: an apparatus applicable to human patients and application to one case.Annals of surgery,134(4), 709.

[3] Moll, F. H. (2003).U.S. Patent No. 6,554,790. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.

[4] Yobi, A., Wone, B. W., Xu, W., Alexander, D. C., Guo, L., Ryals, J. A., ... & Cushman, J. C. (2013). Metabolomic profiling in Selaginella lepidophylla at various hydration states provides new insights into the mechanistic basis of desiccation tolerance.Molecular Plant,6(2), 369-385.

[5] Ballinger, M. L., Blanchette, A. R., Krause, T. L., Smyers, M. E., Fishman, H. M., & Bittner, G. D. (1997). Delaminating myelin membranes help seal the cut ends of severed earthworm giant axons.Journal of neurobiology,33(7), 945-960.

[6] Cho, S. J., Koh, K. S., Lee, E., & Park, S. C. (2009). Differential expression of three labial genes during earthworm head regeneration.Bioscience, biotechnology, and biochemistry,73(12), 2609-2614.

[7] Tanaka, E. M., & Ferretti, P. (2009). Considering the evolution of regeneration in the central nervous system.Nature Reviews Neuroscience,10(10), 713.

[8] Illingworth, C. M., & Barker, A. T. (1980). Measurement of electrical currents emerging during the regeneration of amputated finger tips in children.Clinical Physics and Physiological Measurement,1(1), 87.

[9] Chen, Z. W., & Yu, H. L. (1987). Current procedures in China on replantation of severed limbs and digits.Clinical orthopaedics and related research, (215), 15-23.

[10] Kety, S. S. (1950). Circulation and metabolism of the human brain in health and disease.The American journal of medicine,8(2), 205-217.

[11] Cramer, S. C., & Nudo, R. J. (Eds.). (2010).Brain repair after stroke. Cambridge University Press.

[12] Sorrells, S. F., Paredes, M. F., Cebrian-Silla, A., Sandoval, K., Qi, D., Kelley, K. W., ... & Chang, E. F. (2018). Human hippocampal neurogenesis drops sharply in children to undetectable levels in adults.Nature,555(7696), 377.

[13] Jansen, O., Schellinger, P., Fiebach, J., Hacke, W., & Sartor, K. (1999). Early recanalisation in acute ischaemic stroke saves tissue at risk defined by MRI.The Lancet,353(9169), 2036-2037.

[14] Giacino, J. T., Ashwal, S., Childs, N., Cranford, R., Jennett, B., Katz, D. I., ... & Zasler, N. D. (2002). The minimally conscious state: definition and diagnostic criteria.Neurology,58(3), 349-353.

[15] Laureys, Steven, Adrian M. Owen, and Nicholas D. Schiff. "Brain function in coma, vegetative state, and related disorders."The Lancet Neurology3.9 (2004): 537-546.