腦是一個對缺氧最敏感的器官，它的活動主要依靠葡萄糖有氧氧化提供能量，因此一旦缺血時間較長即可引起嚴(yán)重的不可逆性損傷。腦缺血時生物電發(fā)生改變，出現(xiàn)病理性慢波，缺血一定時間后再灌注，慢波持續(xù)并加重。

腦缺血后短時間內(nèi)ATP，CP、葡萄糖、糖原等均減少，乳酸明顯增加。環(huán)腺苷酸（cAMP）在缺血（結(jié)扎砂鼠兩側(cè)頸總動脈）30分鐘時增加2.2倍，環(huán)鳥苷酸（cGMP）則減少53％。恢復(fù)血流15分鐘后cAMP進(jìn)一步增加，為缺血前的21倍，cGMP進(jìn)一步下降21％。這一情況提示缺血及再灌注時過氧化反應(yīng)增強(qiáng)，因而cAMP上升導(dǎo)致磷脂酶激活，使磷脂降解，游離脂肪酸增多，缺血后血流再灌注時，自由基產(chǎn)生增加，與游離脂肪酸作用而使過氧化脂質(zhì)生成增多，能引起細(xì)胞和組織的損傷。

腦又是一個特別富有磷脂的器官。因此缺血后游離脂肪酸的增加尤為明顯。實(shí)驗(yàn)證明大鼠斷頭1分鐘后腦內(nèi)游離脂肪酸含量增加2倍以上，隨缺血時間延長持續(xù)增加，增加最顯著的是花生四烯酸（arachidonicacid）及硬脂酸（18烷酸，stearic acid）。再灌注后游離脂肪酸的增加更為顯著，恢復(fù)血流90分鐘，反而有更多的游離脂肪酸貯留。血流重新恢復(fù)時游離脂肪酸的增加，是由于來源于游離脂肪酸的過氧化物進(jìn)一步損傷膜的同時，由cAMP介導(dǎo)膜磷脂繼續(xù)降解的結(jié)果（cAMP激活磷脂酶）。

缺血時腦的最明顯的組織學(xué)變化為腦水腫及腦細(xì)胞壞死，兩者往往又互為因果關(guān)系。特別是腦水腫，是各種腦血管意外的常見病理過程。Chan及Fishman等將大腦切片浸于含各種脂肪酸的溶液中，以觀察組織腫脹的情況，發(fā)現(xiàn)只有在多價不飽和脂肪酸存在下，才能引起水腫，這是因?yàn)橹舅崛菀走^氧化而引起細(xì)胞膜損傷。用砂鼠做實(shí)驗(yàn)制備不完全缺血模型，證明缺血及再灌注過程中腦含水量持續(xù)增加，缺血時水腫的產(chǎn)生是膜脂降解，游離脂肪酸增加的結(jié)果，而過氧化是再灌注后水腫持續(xù)加重的原因之一，因?yàn)榧?xì)胞膜脂質(zhì)過氧化使膜結(jié)構(gòu)破壞。