Dentro del lecho cerebrovascular isquémico, hay dos zonas principales de lesión: la zona isquémica central y la «penumbra isquémica» (el término generalmente utilizado para definir el tejido cerebral isquémico pero todavía viable).
En la zona central, que es un área de isquemia grave (flujo sanguíneo por debajo del 10% al 25%), la pérdida de oxígeno y glucosa provoca un rápido agotamiento de las reservas de energía. La isquemia grave puede provocar la necrosis de las neuronas y también de los elementos celulares de soporte (células gliales) dentro de la zona gravemente isquémica.
Las células cerebrales dentro de la penumbra, un borde de tejido leve a moderadamente isquémico que se encuentra entre el tejido normalmente perfundido y la zona en la que evoluciona el infarto, pueden permanecer viables durante varias horas. Esto se debe a que la zona penumbral recibe sangre de las arterias colaterales que se anastomosan con las ramas del árbol vascular ocluido (véase el recuadro). Sin embargo, incluso las células de esta región morirán si no se establece la reperfusión durante las primeras horas, ya que la circulación colateral es inadecuada para mantener la demanda neuronal de oxígeno y glucosa de forma indefinida.
En este ejemplo, la penumbra isquémica se muestra como un borde de tejido que rodea el núcleo gravemente isquémico que se encuentra dentro del territorio vascular de la rama prerrolándica de la arteria cerebral media izquierda. La arteria Rolandic está ocluida por un tromboembolismo. La extensión de la penumbra varía directamente con el número y la permeabilidad de las arterias colaterales.
En la penumbra es donde es más probable que las intervenciones farmacológicas sean eficaces. Sin embargo, también puede ser posible rescatar células dentro de la zona central gravemente isquémica. Aunque la isquemia grave mata a las neuronas selectivamente vulnerables, las células gliales pueden salvarse si el flujo sanguíneo se restablece pronto. Por lo tanto, la recanalización oportuna del vaso ocluido debería teóricamente restaurar la perfusión tanto en la penumbra como en el núcleo gravemente isquémico. La recanalización parcial también debería reducir notablemente el tamaño de la penumbra.