慢性腦缺血時，最容易受累的部位是腦白質，而白質損傷最明顯的表現為白質疏松、神經膠質細胞增生以及海馬區的神經纖維脫損傷和髓鞘改變，這些變化在缺血早期就能表現出來。慢性腦缺血后，毛細血管和血腦屏障（BBB）表現出不同程度的損傷，主要表現為毛細血管周細胞的退行性改變，血管床基底膜增厚以及大量的膠原纖維沉積等。Wu等人利用動靜脈瘺模型對慢性腦缺血后的超微結構的變化進行了研究，并將慢性腦缺血分為三期：急性期（3d）、亞急性期（3w）和慢性期（3個月），通過電鏡觀察顯示急性期超微結構無明顯的變化，亞急性期毛細血管周圍的星形膠質細胞足突出現輕度的空泡狀變性，而在慢性期則出現明顯的空泡狀變性。
Shin等人通過通過檢測claudin-3的免疫活性對慢性腦缺血后血腦屏障的破壞程度進行了研究，claudin-3為一種維持血腦屏障（BBB）緊密連接完整性以及對BBB通透性其主要作用的蛋白質。通過研究發現，在慢性腦缺血2w后，BBB結構被破壞、通透性增加，但claudin-3的免疫活性卻增加，并且這種變化一直持續到缺血6w以后，因此，claudin-3表達的上調與BBB的破壞有關。但血腦屏障破壞與claudin-3表達之間的調節機制仍需要進一步的研究。