Я проанализировал сетевой трафик по проблемным запросам.
TCP пакет с GET запросом уходит от nginx-а на backend как только получен запрос от клиента, доставка подтверждается, тут похоже все ок.

Cудя по логам libevent, соединение по проблемным запросам устанавливается своевременно, но событие на чтение из сокета появляется только через 75 секунд, когда nginx закрывает соединение.
Похоже что libevent где-то теряет дескриптор и I/O события по нему, либо это делает kqueue и FreeBSD 7.2.

Вот обсуждение в майллисте libevent: http://archives.seul.org/libevent/users/Aug-2011/msg00031.html