Attacco ischemico e anossia

Danni cerebrali importanti possono essere provocati da un insufficiente apporto di ossigeno, glucosio e altri nutrienti ai tessuti cerebrali. Quando ciò è dovuto a una brusca diminuzione o interruzione del flusso ematico, che trasporta tali sostanze nel cervello, tale evento è detto ischemia o infarto cerebrale.  Esso può insorgere a causa dell'ostruzione delle arterie cerebrali, ad opera per esempio di emboli o trombi, o per un'improvvisa riduzione della gittata cardiaca dovuta a una grave ipotensione o ad arresto cardiaco.

Esiti simili, anche se spesso di minor entità, possono essere generati dall'interruzione dell'apporto del solo ossigeno, anche quando questo fenomeno non ha origine ischemica, quando cioè non è dovuto a patologie cerebro-vascolari. L'anossia o l'ipossia consistono infatti in una drastica riduzione del livello di ossigeno nel sangue, arrivando, nel primo caso, fino all'assenza di esso. Questi fenomeni sono generalmente dovuti a compromissioni dell'apparato respiratorio, in particolare all'ostruzione delle vie aeree, come nei casi di annegamento o soffocamento.
 
Tali eventi possono provocare danni molto gravi al tessuto cerebrale, portando anche alla morte cellulare. Ciò avviene poiché la mancanza di sangue, e di conseguenza di ossigeno e glucosio, comporta sconvolgimenti del metabolismo cerebrale. Neuroni e glia per portare a termine le proprie funzioni, hanno infatti bisogno di energia, che viene ricavata dall'ossigeno e dal glucosio trasportati nel sangue dai vasi che irrorano il cervello, attraverso i processi di glicolisi e di respirazione ossidativa. Il cervello e il resto del sistema nervoso consumano inoltre più energia di tutti gli altri organi presenti nel corpo umano, e non possiedono una riserva di fattori nutrizionali, cosa che li rende particolarmente vulnerabili a una brusca cessazione del loro apporto.

Una volta che il flusso ematico viene interrotto, infatti, dopo circa cinque minuti le riserve di glucosio vengono esaurite e dopo dieci minuti vengono inferti danni permanenti al cervello. Valori di flusso sanguigno molto bassi producono inoltre una condizione chiamata Depolarizzazione Anossica o Ischemica: le cellule cerebrali, a causa del ridotto quantitativo di ATP sintetizzato, subiscono cioè una perdita dell'omeostasi ionica cellulare e di conseguenza una forte depolarizzazione di membrana, fenomeno che può avere come esito la costituzione di un edema cerebrale o la necrosi delle cellule neuronali.

L'attacco ischemico può essere globale o focale. Nel primo caso la diminuzione dell'irrorazione sanguigna è generalizzata, come nei casi di severa ipotensione, e colpisce diverse aree cerebrali, generando un tipo di lesione più vasto e diffuso. L'ischemia focale, invece, colpisce una zona più circoscritta ed è dovuta generalmente alla presenza di trombi o emboli che occludono il vaso sanguigno, in tal caso anche i quadri sintomatologici che ne conseguono spesso sono limitati a disturbi in singole funzioni cerebrali.
Nei casi di attacchi focali viene distinta la zona direttamente colpita, definita core, dove si assiste a una drastica diminuzione del flusso ematico e dove il tessuto subisce seri danni, da quella immediatamente circostante detta penombra.

Quest'ultima zona soffre anch'essa a causa dell'ischemia, in quanto il livello di perfusione si abbassa a livelli minori di quelli normali, ma il metabolismo energetico rimane preservato. La circolazione in quest'area è infatti garantita da vasi collaterali, le cellule neuronali possono quindi non andare incontro a necrosi e subire solo danni reversibili. Poiché l'area attorno a quella direttamente colpita rimane in parte irrorata, intervenendo tempestivamente (entro 3-6 ore) è possibile salvare tale zona e minimizzare i danni; passata questa finestra temporale, la zona focale si espande fino a ricoprire interamente la zona di penombra. Nei casi meno gravi, un'ischemia focale può non provocare coma e non essere annoverata quindi tra le GCA.
 
Un'altra possibile casistica è quella dell'attacco ischemico transitorio (TIA), dove il flusso sanguigno viene ristabilito in tempi abbastanza veloci e il tessuto cerebrale non viene danneggiato, quindi, in modo permanente. I sintomi neurologici sono infatti solo transitori e per definizione non devono superare le 24 ore, ma spesso durano dai 5 ai 15 minuti. Anche il TIA non fa parte delle GCA.