Innerhalb des ischämischen zerebrovaskulären Bettes gibt es zwei Hauptzonen der Schädigung: die ischämische Kernzone und die „ischämische Penumbra“ (der allgemein verwendete Begriff für ischämisches, aber noch lebensfähiges Hirngewebe).
In der Kernzone, einem Bereich mit schwerer Ischämie (Durchblutung unter 10 % bis 25 %), führt der Verlust von Sauerstoff und Glukose zu einer raschen Erschöpfung der Energiespeicher. Schwere Ischämie kann zur Nekrose von Neuronen und auch von unterstützenden Zellelementen (Gliazellen) innerhalb des stark ischämischen Bereichs führen.
Hirnzellen in der Penumbra, einem Rand aus leicht bis mäßig ischämischem Gewebe, der zwischen normal durchblutetem Gewebe und dem Bereich liegt, in dem sich der Infarkt entwickelt, können mehrere Stunden lang lebensfähig bleiben. Das liegt daran, dass die Penumbralzone durch Kollateralarterien, die mit Ästen des verschlossenen Gefäßbaums anastomosieren, mit Blut versorgt wird (siehe Abbildung). Allerdings werden auch die Zellen in dieser Region absterben, wenn die Reperfusion nicht in den ersten Stunden erfolgt, da die Kollateralkreisläufe nicht ausreichen, um den neuronalen Bedarf an Sauerstoff und Glukose unbegrenzt aufrechtzuerhalten.
In diesem Beispiel ist die ischämische Penumbra als ein Geweberand dargestellt, der den stark ischämischen Kern umgibt, der im Gefäßgebiet des prä-Rolandischen Astes der linken mittleren Hirnarterie liegt. Die Arteria Rolandica ist durch einen Thromboembolus verschlossen. Das Ausmaß der Penumbra hängt direkt von der Anzahl und Durchgängigkeit der Kollateralarterien ab.
In der Penumbra sind pharmakologische Interventionen am ehesten wirksam. Es kann jedoch auch möglich sein, Zellen innerhalb der stark ischämischen Kernzone zu retten. Obwohl eine schwere Ischämie selektiv anfällige Neuronen abtötet, können Gliazellen verschont bleiben, wenn der Blutfluss frühzeitig wiederhergestellt wird. Daher sollte eine rechtzeitige Rekanalisierung des verschlossenen Gefäßes theoretisch die Durchblutung sowohl in der Penumbra als auch im stark ischämischen Kern wiederherstellen. Eine partielle Rekanalisation sollte auch die Größe der Penumbra deutlich reduzieren.