뇌는 체중의 약 2%밖에 안되지만 분당 심박출량의 약 20%를 받으며 신체의 산소 소모량의 20%를 사용하는 중요한 기관이다. 뇌의 혈류는 윌리스 환(circle of Willis)을 통해 끊임없이 순환할 수 있는 구조로 되어 있다. 뇌에 혈액을 공급하는 내경동맥은 주로 전두엽, 측두엽, 두정엽, 뇌간, 간뇌(시상과 시상하부)에 공급되며, 경동맥의 주요 가지들은 중대뇌동맥과 전대뇌동맥에 분포되어 있다. 척추동맥은 측두엽, 두정엽의 중간 및 아래부위, 뇌간, 간뇌 일부에 공급하는 혈관들이 있는 기저동맥과 문합된다. 기저동맥의 주요가지는 후대뇌동맥들이다. 윌리스 환은 뇌의 기저에서 전, 중, 후 대뇌동맥과 2개의 교통동맥으로 이룬다.
혈관의 폐색으로 인한 뇌혈류의 감소로 산소 공급이 줄어들면 신경세포는 혐기성 호흡을 하게 되고 젖산과 같은 대사산물이 쌓이면서 pH가 낮아져 뇌세포 기능이 저하된다, 혈액 공급이 저하된 부위의 세포는 칼슘의 양이 증가하고 글루탐산염을 유리하면서 세포막이 파괴된다, 또한 뇌조직과 혈관의 구조적 통합성 상실로 뇌혈관 장벽(blood brain barrie)이 손상되어 손상부위에 뇌부종이 발생한다.
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