脑血管壁较薄，中膜和外膜均较相同管径的颅外动脉壁薄。颈内动脉和椎动脉经颅底入颅，在脑底首先形成动脉环（Willis环），由动脉环发出分支入脑，都由颅底向脑室方向辐射分布。供应大脑皮质的动脉环在皮质表面反复分支形成软膜小动脉丛，再由该丛发出皮质和髓质动脉深入脑实质。供应脑深部的穿动脉（中央支）从脑底的前穿质和脚尖窝自下而上传入脑内、穿动脉之间，虽然存在丰富的血管吻合，但吻合支细小，对脑血流的调节和代偿能力较弱。脑灰质的毛细血管密度比白质丰富。脑组织的血流量分布不一，灰质（脑细胞集中的部位）的血流量高于白质（神经纤维集中的部位），大脑皮质的血液供应最丰富，该部位缺血易发生出血性脑梗死，白质的缺血易出现缺血性脑梗死。不同部位的脑组织对缺血、缺氧性损害的敏感性不同，皮质、海马神经元对缺血、缺氧性损害敏感，所以在不同部位可出现程度不同的病理损害。
一、脑的血液循环
脑组织几乎没有能源储备，需要血液循环连续不断地供应氧和葡萄糖，一旦脑的血供受到障碍，其后果是严重的。
（一）脑的血液供应
脑的血液供应来自颈内动脉系统和椎－基底动脉系统，脑动脉在脑实质中反复分支直至毛细血管，然后逐渐汇集成静脉。脑的深、浅静脉先回流至硬脑膜窦，再经颈内静脉等回心。以顶枕沟为界，颈内动脉系通过颈内动脉、大脑前动脉和大脑中动脉系统供应大脑半球前3／5和部分间脑的血液，椎－基底动脉系系统供应大脑半球后2／5（枕叶和颞叶的底部）以及部分间脑、脑干和小脑的血液。无论颈内动脉或椎－基底动脉都位于脑的腹侧面，因此，脑的动脉分支都由腹侧面发出，然后绕行到脑的背侧面，沿途发出分支供应脑的各个结构。
（二）丰富的侧支循环
1．颅外动脉的侧支循环 颈内动脉的眼动脉与颈外动脉的面动脉、颞浅动脉等分支的吻合；颈外动脉的脑膜中动脉与大脑前、中、后动脉的软脑膜动脉间的吻合；颈外动脉和椎动脉之间的吻合通过枕动脉；一侧或两侧颈外动脉之间的分支进行广泛的吻合，当一侧颈总动脉闭塞时，血流可经这些吻合支由健侧流入患侧颈外动脉再由颈外动脉的侧支循环流入颈内动脉，保证病变侧脑部的血供，在脑血供发生障碍时亦起到一定的调节作用。
2．颅内动脉的侧支循环
（1）颈内动脉与基底动脉的分支在脑底形成吻合，称为脑底动脉环（Willis环），即两侧大脑前动脉之间由前交通动脉互相结合，两侧颈内动脉和两侧大脑后动脉之间由后交通动脉相互连接。脑底动脉环的存在，对脑血液供应的调节与代偿起重要的作用，为两侧大脑动脉之间和颈内动脉系统与椎－基底动脉系统之间建立了侧支循环，可代偿颈部一支或多支动脉发生狭窄或闭塞时的血液供应。据统计，国人约有48%的大脑动脉环发育不全或异常，较常见的有：一侧后交通动脉管径＜1mm的约占27%；大脑后动脉起源于颈内动脉的约占14%；前交通动脉管径＜1mm或缺如；两侧大脑前动脉起自一侧颈内动脉。不正常的动脉环易出现动脉瘤，前交通动脉和大脑前动脉的连接处是动脉瘤的好发部位。
（2）各软脑膜动脉的吻合：大脑前、中、后动脉的软脑膜分支在大脑半球表面之间形成吻合，组成丰富的侧支循环，若一侧大脑动脉的分支发生闭塞时，在某种程度上可起到一定的代偿作用。
（3）供应大脑半球的动脉可分为皮质支（或旋支）与中央支：皮质支进入软脑膜后先吻合成网，然后从吻合网上发出细小分支，以垂直方向进入皮质，供应大脑半球皮质及皮质下白质与脑干的外侧；中央支起自动脉主干的近侧端，它们几乎垂直穿入脑实质供应基底核、丘脑、内囊、外囊等。过去一般认为皮质与中央支穿入脑实质后是不吻合的终动脉。而现在许多实验证实，存在毛细血管前的吻合，但吻合支细小，当一个主要血管阻塞或脑缺血时，这种吻合很难完成有效地侧支循环以维持足够量的血液循环，因而产生该动脉分布区的一个缺血软化灶。
脑部动脉通过几组吻合支建立丰富的侧支循环，其中Willis环最为重要。与其他器官的血管系统相比，脑血管系统具有两个显著的特点，一方面通过长期的进化，形成了十分有效的血液供应和代偿保障机制，当一侧颈内动脉系统或大脑中动脉完全闭塞时可以全无症状；另一方面，由于存在脑血管病的先天变异或发育不良，侧支循环开放的可能性和有效程度因人而异。侧支循环开放的有效性决定于主血管闭塞的速度，从狭窄发展至闭塞越慢，侧支循环代偿功能越完全，甚至完全代偿而无任何临床症状。在不同的患者中，同一支动脉闭塞可以引起不同的症状，因此，仅凭借临床表现来判断病变的血管是很困难的。
二、脑血流量
脑是人体最重要的器官，虽然质量仅占体重的2%～3%，但正常成年人全脑血流量为800～1000ml／min，占每分心排血量的20%，葡萄糖和氧耗量占全身供给量的20%～25%。脑组织耗氧量多，几乎无葡萄糖和氧的储备，这就导致了脑对缺血缺氧耐受能力差。当脑血供中断导致脑缺氧时，6s内神经元代谢受影响，2min内脑电活动停止，5min后脑组织出现不可逆性的损伤。因此足够的脑血流供应对保持正常的脑部功能和结构完整极为重要。
正常情况下的脑血流量（cerebral blood flow，CBF）是指正常成人每分钟全脑血流量，为800～1000ml。按平均脑质量为1500g计算，健康年人的平均脑血流量为55ml／（100g·min）。脑血流量分布不均匀，大脑皮质可达77～138ml／（100g·min），而脑白质仅为14～25ml／（100g·min）。
脑血流量与有效脑灌注压成正比，而与脑血管阻力成反比，用公式表示为Q＝（MAP－ICP）／R，其中，Q为脑血流量，MAP为平均动脉压，ICP为颅内压，R为脑血管的阻力，MAP－ICP为有效灌注压。脑血管阻力R＝8η·L／πr4，则Q＝（MAP－ICP）πr4 8ηL。脑血流量最主要的影响因素是血管管径，其次是血黏度。平均动脉压决定于心脏功能和体循环血压。
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