腦缺血 -再灌注也可造成腦功能嚴重受損。腦缺血時腦細胞生物電發生改變，出現病理性慢波，缺血一定時間后再灌注，慢波持續并加重。顳葉組織內神經遞質性氨基酸代謝發生明顯變化，即興奮性氨基酸（谷氨酸和天門冬氨酸）隨缺血 -再灌注時間延長而逐漸降低，抑制性氨基酸（丙氨酸、 γ -氨基丁酸、牛黃酸和甘氨酸）在缺血 -再灌注早期明顯升高。缺血再灌注損傷時間越長，興奮性遞質含量越低，腦組織超微結構改變越明顯：線粒體腫脹，有鈣鹽沉積，并可見線粒體嵴斷裂、核染色質凝集、內質網高度腫脹，結構明顯破壞、星型細胞腫脹， Nissl 體完整性破壞、膠質細胞、血管內皮細胞腫脹，周圍間隙增大并有淡紅色水腫液、白質纖維間隙疏松，血管內由微血栓、髓鞘分層變性，呈現不可逆損傷 。