人間が死ぬ時に体の中では何が起きているのか？

「人間の死とは何か」と聞かれた場合、「心臓が止まる」「脳への酸素供給が停止する」といった回答をする人が多いかもしれません。実際のところ、人間が死ぬ時に人体でどのような現象が引き起こされるのかについて、科学系YouTubeチャンネルのKurzgesagtが解説しています。

What Actually Happens When You Die? - YouTube

人間の体は30兆個もの細胞で構成される、非常に複雑な自己組織化社会といえます。

野生動物の中には「スイッチを切るようにして死ぬ『シャットダウン』的な死に方」のものもいるそうですが、少なくとも人間に関していえば、死はスイッチを切るように一気にすべてが完了するものではなく、不可逆的な事象が連鎖的に進行していくものだとのこと。

Kurzgesagtは「死とは酸素の欠乏」に他ならないと表現しています。酸素は動物の細胞が糖分子を分解し、細胞を動かすエネルギー源であるアデノシン三リン酸(ATP)を獲得するために必要不可欠です。

体中の細胞は常に膨大な数の糖分子と酸素分子を結合させ、絶えずATPを作り出しています。

ATPの産生には酸素が欠かせないため、人間は肺で空気を取り込み、吸収した酸素を血液に乗せて体中に行き渡らせなくては生命が維持できません。このプロセスは非常に重要であり、人間の全細胞の約80％が酸素を運ぶ赤血球だとのこと。

死に至る連鎖反応は脳・心臓・肺のどれかから始まるのが一般的です。

もし肺が機能しなくなったら、酸素を取り込むことができません。

また、心臓が機能しなくなったら、酸素を分配することができません。

そして、脳が機能しなくなったら、肺や心臓は動き続けることができなくなります。

一般的にいえば、最初に「死ぬ」のは脳です。脳は体内で最も多くの酸素とエネルギーを消費する臓器であり、心停止から30秒もたたないうちに脳の各部位間の電気的な通信が失われ、人は意識を喪失します。

脳における電気信号のやり取りを担う神経細胞(ニューロン)は、糖をほとんど蓄えていません。そのため、酸素欠乏によるエネルギー不足に対して特に脆弱(ぜいじゃく)です。

すべての細胞と同様に、ニューロンも分子と水でできた袋状の存在であり、細胞膜によって周囲から隔てられています。

ニューロンの細胞膜は一種の「ハイテクな分子機械」であり、膨大なエネルギーを使って体外の数百万個もの分子を絶えず監視・誘導し、繊細な電気的バランスを保っています。

ニューロンはエネルギーが不足するとすぐに不要なプロセスを停止し始めますが、やがてエネルギーを使い果たして細胞膜が機能しなくなります。すると外部から水と塩イオンが入り込み始め、膨張し始めるとのこと。

細胞膜が損傷するとニューロンはイオンを周囲にまき散らし、周辺のニューロンも電気的なバランスが崩れて活動を停止します。

機能不全に陥った細胞膜はカルシウムイオンを大量に吸収し始めます。カルシウムイオンは生命維持に不可欠な存在ですが、濃度が高くなりすぎると体に悪影響を及ぼします。

カルシウムイオン過剰になったニューロン内部では、細胞構造を分解する酵素が活性化され、細胞が修復不可能な損傷を受けます。機能不全に陥ったニューロンは神経伝達物質を放出し、これが他のニューロンの電気的活動を活性化させます。これが結果的に、最終的なニューロンの崩壊を早めてしまうとのこと。

死滅したニューロンが周囲のニューロンを不安定化させる連鎖が広がり、ニューロンの電気的な機能不全と死が広がるというわけです。

死の影響は毎分数mmの速度で脳内を広がっていきます。

この時点で人間が何を感じているのかは不明ですが、死の間際からよみがえった人の中には「臨死体験」を報告する人もいます。実際、死ぬ間際の脳内では脳活動を引き起こす化学物質が大量に放出されるとのこと。

心停止から20分もたたないうちに脳は取り返しがつかない損傷を受け、体の組織に脳からの信号や命令が届くことはなくなります。脳が停止すると、それぞれの臓器や組織は脳からの指令や調整を受けずに独立して機能するようになります。

多くの社会ではこの状態が「脳死」として扱われます。臓器はまだ生きているので、取り出すことができればドナーとして誰かを救うことができるかもしれません。

肝臓・腎臓・心臓といった継続的に高い負荷がかかる臓器は、脳死によって「生存モード」に入ります。

これらの臓器には、非常時に酸素を使わず糖からエネルギーを得る仕組みがあり、効率性は低いものの1時間ほどは時間を稼げるそうです。

臓器細胞が通常の呼吸から緊急用の仕組みに切り替わると、遺伝子活動が活性化してストレスに応じて損傷を修復し、できるだけ長く生き残るためのシステムが活性化されます。しかし、こうした対応は細胞にかかるストレスが大きく、やがて死んでいってしまうとのこと。

また、酸素を使わないで分解された糖は乳酸に変化し、細胞内部を劣化させます。最終的にはエネルギー貯蔵量が枯渇するか乳酸が過剰蓄積され、細胞は故障してしまいます。

細胞内部には有機物を分解する消化酵素が入った袋があり、これらの袋が破裂すると細胞が溶解し、破裂してしまいます。この際に内容物が周囲の細胞にも広がり、細胞の死が連鎖的に広がります。

深刻なエネルギー不足は筋肉にも影響を与えます。筋肉は緩むのにエネルギーを必要とするため、エネルギー不足によって筋肉が硬直したままの状態になります。

全身の筋肉が硬直して石のように固まる現象は「死後硬直」と呼ばれます。

最後には毛包周辺の小さな筋肉も収縮し、鳥肌が立つとのこと。

また、人体には腸を中心におよそ30兆個もの細菌が生息しています。生前の体内では、これらは食物繊維を分解したり、ビタミンを生成したり、有害な細菌の増殖を抑制したりしているものです。

しかし、生きている時は粘膜などの物理的障壁や免疫細胞によって腸内などに抑え込まれていたこれらの微生物は、心停止からおよそ1時間が経過するとこれらの障壁を突破し始めます。微生物はリンパ系や血管を通じて全身に広がり、人体を構成する組織を消化していきます。

意外なことに、免疫細胞は酸素が不足した極限状態でも生存できるため、心停止後の体内でも長く生き残ります。そのため、心停止後も微生物との戦いを継続するそうです。

とはいえ、血の流れが止まっているため他の免疫細胞や臓器との連携が取れず、免疫細胞は孤独に戦うしかないとのこと。

約24時間後、体内で最後の免疫細胞が死滅します。

また、ほとんどの微生物にとって外部の酸素は有毒であるため、人体を消化し続けることで体が崩れると、これらの微生物も酸素にさらされて死ぬ運命にあります。

このような状況にあっても、一部の細胞はしばらく生き続けます。たとえば、最も丈夫な赤血球は心停止から1～2日が経過しても生き残ります。

個々の細胞の塊が個別に生存している場合もあり、皮膚などの酸素をあまり必要としない結合組織も残り続けます。

血液や臓器の遺伝子活動もしばらくつづいており、体を修復しようと必死に働きかけているとのこと。中には死後数日間にわたり、活性状態を維持する遺伝子もあるそうです。

筋肉や骨髄の奥深くにある幹細胞は代謝を遅くして休眠状態に入ります。これは万が一の組成に賭けたものであり、冷蔵された死体の中で2週間にわたり生存し続けることも可能だとのこと。

結局のところ、すべての細胞が死ぬまでは数週間かかります。Kurzgesagtは、人体は徐々に死へと向かっていくものであるため、「人が死んだ瞬間」を定義するのは困難であると結論付けました。