A l’intérieur du lit vasculaire cérébral ischémique, il existe deux zones majeures de lésion : la zone ischémique centrale et la « pénombre ischémique » (terme généralement utilisé pour définir le tissu cérébral ischémique mais encore viable).
Dans la zone centrale, qui est une zone d’ischémie sévère (débit sanguin inférieur à 10% à 25%), la perte d’oxygène et de glucose entraîne un épuisement rapide des réserves énergétiques. L’ischémie sévère peut entraîner la nécrose des neurones et aussi des éléments cellulaires de soutien (cellules gliales) à l’intérieur de la zone d’ischémie sévère.
Les cellules cérébrales à l’intérieur de la pénombre, une bordure de tissu légèrement à modérément ischémique située entre le tissu normalement perfusé et la zone dans laquelle l’infarctus évolue, peuvent rester viables pendant plusieurs heures. En effet, la zone pénombrale est alimentée en sang par des artères collatérales qui s’anastomosent avec les branches de l’arbre vasculaire occlus (voir encadré). Cependant, même les cellules de cette région mourront si la reperfusion n’est pas établie au cours des premières heures, car la circulation collatérale est insuffisante pour maintenir indéfiniment la demande neuronale en oxygène et en glucose.
Dans cet exemple, la pénombre ischémique est représentée comme une bordure de tissu entourant le noyau sévèrement ischémique situé dans le territoire vasculaire de la branche pré-Rolandique de l’artère cérébrale moyenne gauche. L’artère Rolandic est occluse par un thromboembole. L’étendue de la pénombre varie directement avec le nombre et la perméabilité des artères collatérales.
La pénombre est le lieu où les interventions pharmacologiques ont le plus de chances d’être efficaces. Cependant, il peut également être possible de sauver des cellules dans la zone centrale sévèrement ischémique. Bien que l’ischémie grave tue les neurones sélectivement vulnérables, les cellules gliales peuvent être épargnées si le flux sanguin est rétabli rapidement. Par conséquent, la recanalisation rapide du vaisseau occlus devrait théoriquement rétablir la perfusion à la fois dans la pénombre et dans le noyau gravement ischémique. Une recanalisation partielle devrait également réduire de manière significative la taille de la pénombre.