所有缺血性損害發(fā)生時都有某種程度的能量衰竭。在嚴重缺血組織中,長時間的能量短缺是造成損害的最重要的決定因素,然而能量衰竭并不是細胞死亡的直接原因。許多情況下完全能量衰竭(ATP和有關(guān)的高能磷酸化合物降解)并不是產(chǎn)生缺血性損害所必須具備的,而且單獨能量代謝障礙也不足以產(chǎn)生不可逆的神經(jīng)元損害。

腦組織全靠血液供應(yīng)的氧和葡萄糖代謝提供能量。一旦血流中止,氧、糖供應(yīng)中斷,細胞內(nèi)能量不足,維持細胞內(nèi)外離子平衡的離子泵衰竭,K+外流,Na+內(nèi)流,帶動Cl-和水大量進入細胞內(nèi);加上糖無氧代謝產(chǎn)生乳酸增多,CO2、H+等代謝產(chǎn)物堆積,造成細胞內(nèi)酸中毒和高滲透壓,更促使Na+、水內(nèi)流,導致細胞性腦水腫。

能量衰竭是缺血性腦損傷研究的重點,細胞壞死很可能是繼發(fā)于紊亂的能量代謝。能量衰竭時可通過下列途徑影響細胞的存活:①無氧糖酵解的增加,導致細胞內(nèi)外酸中毒。②細胞離子失衡,Na+、Cl-內(nèi)流增加,帶動水分內(nèi)流增加,細胞水腫;Ca2+-ATP酶功能喪失,Ca2+內(nèi)流增加引起一系列繼發(fā)性反應(yīng),導致細胞死亡。③ATP不足導致組成細胞架的蛋白和脂質(zhì)降解,細胞結(jié)構(gòu)的完整性遭受破壞。磷脂降解的產(chǎn)物如溶血磷脂、自由脂肪酸和花生四烯酸等可進一步觸發(fā)或發(fā)生氧化代謝反應(yīng)而加重腦損傷。