2.1 组织形态学改变与慢性脑缺血
慢性脑缺血时，最容易受累的部位是脑白质，而白质损伤最明显的表现为白质疏松、神经胶质细胞增生以及海马区的神经纤维脱损伤和髓鞘改变，这些变化在缺血早期就能表现出来。慢性脑缺血后，毛细血管和血脑屏障（BBB）表现出不同程度的损伤，主要表现为毛细血管周细胞的退行性改变，血管床基底膜增厚以及大量的胶原纤维沉积等。Wu等人利用动静脉瘘模型对慢性脑缺血后的超微结构的变化进行了研究，并将慢性脑缺血分为三期：急性期（3d）、亚急性期（3w）和慢性期（3个月），通过电镜观察显示急性期超微结构无明显的变化，亚急性期毛细血管周围的星形胶质细胞足突出现轻度的空泡状变性，而在慢性期则出现明显的空泡状变性。
Shin等人通过通过检测claudin-3的免疫活性对慢性脑缺血后血脑屏障的破坏程度进行了研究，claudin-3为一种维持血脑屏障（BBB）紧密连接完整性以及对BBB通透性其主要作用的蛋白质。通过研究发现，在慢性脑缺血2w后，BBB结构被破坏、通透性增加，但claudin-3的免疫活性却增加，并且这种变化一直持续到缺血6w以后，因此，claudin-3表达的上调与BBB的破坏有关。但血脑屏障破坏与claudin-3表达之间的调节机制仍需要进一步的研究。
2.2 神经胶质细胞与慢性脑缺血
神经胶质细胞（Neuroglial cell）是神经系统的间质细胞，在中枢神经系统中起着重要的作用，它们不仅对神经元起到支持营养作用，还参与了大脑内信息的转导及传递，调节神经递质的分泌及摄取，维持脑内环境的平衡等多种作用。CNS内的胶质细胞包括星形胶质细胞（Astrocyte， AS）、少突胶质细胞（Oligodendrocyte，OLG）和小胶质细胞（Microglialcel， lMG）等。不同的胶质细胞在中枢神经系统内发挥着不同的功能，在慢性脑缺血后的损伤和修复中起着不同的作用。
星形胶质细胞的激活在慢性脑缺血后的神经退行性改变及海马区神经元损伤等方面起着很重要的作用。在研究星形胶质细胞的激活过程中，常选择胶质纤维酸蛋白（GFAP）、S100B蛋白、Nestin 蛋白的表达以及谷氨酸代谢等指标来进行研究。其中S100B是一种钙结合蛋白，主要在星形胶质细胞中表达，起着调节蛋白磷酸化、构成细胞骨架以及调节转录因子的作用[24]。Schmidt-Kastner等人选择GFAP和 Nestin 蛋白作为观察指标，发现在慢性脑缺血1w后，在新大脑皮质上出现弥漫的GFAP和Nestin表达增加。Vicente等人通过检测GFAP、S100B水平和谷氨酸合成酶活性等指标进行研究发现，在慢性脑缺血10w后，海马区的S100B，和GFAP水平明显升高，海马区谷氨酸摄取和谷氨酸合成酶活性也明显降低，因此证明了星形胶质细胞的激活在慢性脑缺血后的神经退行性改变及认知功能障碍方面起着重要的作用。
慢性脑缺血后，小胶质细胞的激活与白质的损伤的程度也表现出一定得相关性，小胶质细胞激活能加重白质的损伤，其主要机制是通过激活活性氧簇（ROS）如超氧自由基、羟自由基、NO等，以及激活促炎症反应因子如TNF-α等方式，促进神经细胞凋亡加重白质损伤。Farkas等人研究发现慢性脑缺血后，MMP-2、MHC-I/II以及促炎反应因子染色阳性的细胞增加，因此，小胶质细胞能够通过产生促炎症反应因子诱发延迟的神经损伤，此外小胶质细胞还能参与清除坏死组织和促进神经再生的作用。
少突胶质细胞是一种形成髓鞘的细胞，慢性脑缺血后，会出现一定程度的少突胶质细胞的损伤。研究发现，在慢性脑缺血7d后，出现少突胶质细胞损伤、DNA断裂、Caspase凋亡通路激活、Caspase-3 mRNA的表达增加，同时胶质细胞中参与凋亡信号有关的分子如TNF-α、Bax 蛋白表达都有上调，同时这些改变也进一步加重了白质的损伤以及少突胶质细胞的凋亡。
2.3 神经递质变化与慢性脑缺血
中枢胆碱能系统的变化在慢性脑缺血脑损伤的发展过程发挥着很重要的作用，胆碱能神经元功能障碍是导致认知功能受损害的形态学基础，胆碱能系统功能障碍也是引起纹状体神经细胞损伤一个主要的原因。慢性脑缺血后中枢胆碱能系统功能障碍主要表现为：乙酰胆碱转移酶（Chat）活性减低、乙酰胆碱水平下降、M型ACh-R的结合力下降以及M型胆碱能受体的mRNA表达降低等。
慢性脑缺血后，中枢的单胺能神经系统和谷氨酸能系统也发生一系列的变化。Tanaka等人研究发现在慢性脑缺血后有一过性可逆的中枢单胺能神经递质的变化，去甲肾上腺素水平只在第1w有升高，5-羟色胺能递质水平在急性期（1到3周）的升高，慢性期（6w后）却出现逆转，因此，推测慢性脑缺血之后的3w内出现的神经递质的变化可以作为慢性脑缺血治疗的靶点，进行干预性治疗研究。但关于这些神经递质的变化对慢性脑缺血后的神经损伤的作用机制不十分明确，他们在慢性脑缺血中的作用有待进一步研究。
此外，还有研究者发现在慢性脑缺血后组胺及其受体也发生了变化。在慢性脑缺血后组胺的mRNA表达下降，推测其原因可能为：（1）中枢神经系统内海马对缺血缺氧最敏感，慢性脑缺血后必然降低其营养代谢，使H4受体的表达减弱；（2）慢性脑缺血后海马内组胺量减少，能结合到组胺的H4受体量下降，通过反馈机制调控受体的表达下降；（3）中枢神经系统内其它生化改变影响了H4受体的基因表达调控，使其表达减少。但组胺的改变在慢性脑缺血后神经损伤中的确切机制及作用也有待进一步的研究。
2.4 神经细胞凋亡与慢性脑缺血
神经细胞凋亡与多种神经系统变性疾病相关。在慢性脑缺血中，神经细胞的凋亡在神经损伤方面同样起着重要的作用。慢性脑缺血能诱导椎体神经元细胞凋亡，在缺血后2～27w出现细胞核浓缩、染色体片段化以及DNA断裂以及椎体神经元细胞的减少，推测其主要原因为慢性脑缺血急性期时出现的谷氨酸细胞毒性作用以及持续性的神经元去极化所诱导。王守春等人通过应用流式细胞术研究发现，在慢性脑缺血1w后，额叶、海马细胞凋亡率分别为8.18%、21.92%，在缺血后2w时纹状体区细胞凋亡率达最高为9.22%，均明显高于对照组的，以后均逐渐下降。通过TUNEL染色也发现额叶、海马及尾状核神经细胞凋亡明显高于对照组。
通过对凋亡分子水平的研究也发现凋亡在慢性脑缺血神经损伤方面起着重要的作用。Bcl-2基因是抗细胞凋亡基因中的代表基因，在线粒体介导的神经细胞凋亡通路中发挥重要作用：Bcl-2可能是通过抑制谷胱甘肽的外泄及封闭Bax形成孔道的活性，降低胞内的氧化还原电位，并使一些小分子不能自由通透，能调节线粒体膜对一些凋亡蛋白前体的通透性，从而保护细胞，它在中枢神经系统中作为一种有效的抑制神经元凋亡和坏死的因子，可促进神经元的存活以及突触的再生。实验研究发现在慢性脑缺血后，Bcl-2蛋白的表达明显增加。此外，慢性脑缺血后，少突胶质细胞凋亡引起Caspase凋亡通路激活、Caspase-3 mRNA的表达增加，这些改变导致白质的损伤以及少突胶质细胞的凋亡。
2.5、Aβ与慢性脑缺血
β淀粉样肽（Aβ）在神经细胞外沉积是AD疾病发生的触发因素，在AD的发生和发展过程中起着重要的作用。Aβ主要由淀粉样前体蛋白（APP）通过两种酶的作用产生，一种为β位点APP清除酶，另一种为γ分泌酶。β淀粉样前体蛋白清除酶（BACE1）是一种水解APP生成的Aβ的β分泌酶，β分泌酶的活性则主要取决于BACE1的水平，因此，BACE1在Aβ的生成方面起着很重要的作用。
Wakita等人[16]通过检测β/A4淀粉样前体蛋白（APP）和嗜铬粒蛋白A（CgA）的水平来检测轴突的损伤程度，研究发现在缺血后的1到30d内，APP、CgA和EP染色阳性的神经纤维逐渐增加，而脑皮质的改变不明显。因此证明了在慢性脑缺血时，白质是对缺血较敏感的区域，同时在慢性脑缺血后，APP表达增加。但Cai等人[40]研究发现，慢性脑缺血后海马区BACE1和Aβ水平增加，其增加的程度与认知障碍损伤程度呈相关性，但APP却没有明显的增加。Aβ的增加主要归因于BACE1的上调，但是慢性脑缺血后Aβ清除障碍是否为导致Aβ沉积的原因、慢性脑缺血后加重AD的发病机制以及慢性脑缺血后APP的变化等问题也有待进一步的深入研究。
2.6 自由基形成、氧化应激与慢性脑缺血
自由基通过活性氧簇（ROS）在各种神经系统疾病的病理改变以及疾病的进展方面起着重要的作用[41]，许多促氧化酶和抗氧化酶在氧化应激诱导的信号传导和损伤中也起着重要的作用[42]。Tanaka等人[43]在研究慢性脑缺血后的氧化应激和氧化还原反应过程中，将慢性脑缺血分为两个阶段：第1天到6周为急性期，第6周以后为慢性期。急性期的氧化还原反应主要与神经细胞损伤和迟发的胆碱能系统功能障碍有关，而神经细胞功能障碍主要与亚硝酸盐和硝酸盐（NOx）浓度升高所致，中枢胆碱能系统功能障碍则是由于GSH浓度降低所致。
Tanaka等人还发现在慢性脑缺血1d后，NOx的浓度和诱导型NO的mRNA表达开始上升，诱导型NO合酶（iNOS酶）的活性升高。推测NOx浓度升高可能为星形胶质细胞和小胶质细胞的激活导致iNO mRNA表达增加所致。iNOS具有破坏血管内皮，激活缺血区域的神经胶质细胞的作用。在慢性脑缺血第1天以及6w之后，纹状体的超氧化物歧化酶（SOD）活性都有降低，Tanaka等人认为第1天出现的SOD活性降低为亚硝酸盐产生过程中消耗了大量的过氧化物所致，而6w后出现的第二次SOD活性降低是由于氧化应激作用消耗了超氧化物所致。自由基形成和氧化应激在慢性脑缺血中的作用机制较复杂，目前的研究尚未完全阐明自由基对慢性脑缺血后的神经损伤机制，对于氧化应激及在慢性脑缺血后的认知功能障碍方面的机制也不完全清楚，这些都有待进一步的研究。
