与脑室周围及脑室内出血一样，缺血缺氧引起脑实质坏死是引起新生儿神经功能失衡和致死的主要原因。在脑神经元的保护方面，有不少学者做过研究。Ohmura观察到低温治疗可通过减少细胞凋亡和坏死保护新生儿大脑的缺血缺氧损伤。McAdoo发现载脂蛋白E（apoE）可减少缺血缺氧损伤。Sameshima通过动物实验证实长效硫酸镁对新生鼠的缺血缺氧损伤有神经保护作用。Gidday发现低氧预处理可有效保护新生鼠的缺血性脑损伤。Sarkozy采用替代性T3激素虽然不能预防兴奋性毒性细胞死亡，但可减少进行性神经元凋亡。这些研究只是在动物实验取得一定效果，但在临床方面仍然无进展。

缺血和缺氧可发生在产前、分娩过程中及产后各个时期。其主要原因包括心脏或循环功能不全伴宫内窒息、复发性呼吸暂停、心脏或大血管的原发性畸形、脓毒性休克、呼吸功能不全或呼吸衰竭伴随经胎盘呼吸气体交换紊乱、呼吸窘迫综合征、严重右向左血管分流。围生期窒息被认为是导致永久性神经功能障碍的高危因素，但并不是说围生期窒息出现就不可避免导致神经功能障碍，许多婴儿存在明显的围生期窒息并不出现永久性神经功能障碍。Biagas认为兴奋性毒性氨基酸、蛋白分解酶、自由基、一氧化氮和白细胞等参与缺血缺氧损伤的形成机制，并认为存在两种神经元死亡形式，包括神经元坏死和凋亡。这些观察显示，评估由于缺血缺氧引起的坏死病灶是一个复杂的过程，可受多种仍然没有证实的因素影响。

急性和慢性中枢神经损伤都可能是缺血缺氧引起。急性损伤形式可表现为脑室周围白质软化和灰质坏死。其中，灰质坏死可波及多种脑组织，包括大脑、脑干及小脑。慢性损伤可表现为瘢痕性脑回和大理石纹理状。至少部分婴儿的空腔性损伤改变如积水性无脑、多囊性脑软化、脑穿通畸形可由于脑缺血缺氧脑实质破坏引起。

Back认为脑室周围白质损伤是早产儿脑损伤的最主要原因，慢性损伤病理分为局灶囊性坏死（脑室周围白质软化）和弥散性髓鞘紊乱。目前，神经成像研究显示脑室周围白质软化的发生率下降，而弥散性非囊性损伤占主要地位。在未成熟期导致脑室周围白质软化的因素包括缺氧、缺血和母婴感染。Svedin证实对未成熟和接近成熟儿采用脂多糖可诱导脑白质损伤，因此认为脑白质损伤与宫内感染有关。另外，缺血性脑白质损伤可能与自由基导致的损伤有关，主要对未成熟的少突胶质起作用，可破坏少突胶质前体的髓鞘形成。最近研究表明，急性缺血缺氧损伤可导致IL-1 β和TNF-α基因的表达增加，认为细胞因子基因调控异常和血凝固蛋白核多形性可能参与脑室出血和脑室周围软化损伤。

虽然对脑室周围白质软化的认识可追溯到1个世纪前，但这种损伤一直未能受到重视，直到Banker和Larroche出版他们的经典研究描绘其病理特征，包括该损伤明确解剖分布。早产儿最易出现脑室周围白质软化，然而，足月儿和超月儿也可能出现该种病损。与脑室周围白质软化有关的临床背景包括早产、产后数天的婴儿成活状况，心血管呼吸紊乱及与其相关的各种情况如原发性心脏病、脓毒性休克、呼吸窘迫综合征。Kohelet观察到545例低出生体重儿，通过超声诊断为脑室周围白质软化，102例（18.7%）有脑损伤表现。影响脑损伤程度的因素包括孕周下降、脑室内出血、出血后脑积水、脓血症、坏死性肠炎。Folkerth目前尸检研究显示白质软化与自由基损伤、细胞毒性和兴奋性毒性有关。在容易导致白质软化损伤的窗口期（妊娠24~34周），少突胶质在脑室周围分布较多，是自由基作用的目标。因为在未成熟白质中，过氧化歧化酶是相对缺乏的。自由基通过影响蛋白质硝化和脂肪过氧化的免疫细胞化学标记起作用。同时，小神经胶质细胞在脑室周围软化损伤的白质增加可导致细胞损害。其他细胞因子如肿瘤坏死因子、白介素-2和白介素-6、干扰素也对脑室周围软化损伤有影响。典型急性脑室周围白质软化的大体病理表现为在脑室外侧角的半卵圆中心、视辐射和听辐射区域有一个或多个不规则的白色或黄色病灶，一些病灶是出血性的。镜下病理显示，其特征为凝血性坏死内含有肿胀神经轴索，伴有组织细胞、吞噬细胞、反应性星形胶质细胞浸润和血管增生。在陈旧病灶中，可以看到纤维性星形细胞、矿物质沉积，甚至空腔形成。发病机制研究主要聚焦在动脉边缘带或动脉末梢供血的白质，在灌注失效后引起的缺血改变是白质坏死的基础。但Gilles等在新生儿尸检研究中描述另一类白质改变，包括星形细胞增生、两染性小体、急性损害的神经胶质。其中，神经胶质损害可单独出现，或与白质坏死病灶同时出现。他们称此种白质病变为围生期端脑白质软化病。临床和实验研究显示，内毒素在诱导此种损伤时扮演重要角色。围生期端脑白质软化病和脑室周围白质软化的确切关系仍然不是十分清楚。也许围生期端脑白质软化病代表损伤的早期阶段或后者不太严重时的表现，Grunnet提出脑室周围白质软化复合体（periventricular leukomalacia complex，PLC）概念，认为其包括脑室周围白质、灰质、海马和海马旁回下脚、小脑和脑桥基底的坏死灶，临床过程与脑室内出血相似，但预后明显较差。新生儿期脑室周围白质软化的临床特征仍然不明确，主要是因为临床病理资料缺乏，就目前临床影像学的发展，对临床诊断的证实仍然比较困难。出现脑室周围白质软化后，其远期的神经障碍多为痉挛性双下肢瘫。

在合并围生期窒息的足月儿中，灰质坏死是一种特征性发现，可同时合并一定程度的脑白质软化。如果是少数细胞受累，病灶可无明显改变。如果大量细胞受累，急性期在受损区可明显肿胀、变软、苍白、充血或出血。组织学变化如嗜酸性神经元坏死的发生，但这种神经元的坏死很难辨认，因为婴儿神经元的核周体太小，同时脑皮质的神经元紧密堆积在一起。随后，星形胶质细胞和吞噬细胞被激活，坏死的神经细胞被清除，神经纤维网形成空泡。特别是在背侧丘脑的坏死神经元，对酸性-Schiff染色和铁钙等染色呈现阳性。四种灰质坏死的解剖模式如下：大脑皮质、纹状体、间脑-菱脑、脑桥下脚。这些模式经常可重叠而被认为是区域性损伤加重。Takizawa观察脑桥下脚神经元坏死可表现为细胞凋亡，在低血糖和脑组织未成熟情况下，缺血缺氧更易导致细胞凋亡。Robinson发现除外少突胶质细胞丢失、轴索破损、凋亡，端脑GABA神经元表达的明显丧失可在灰质出现。

大脑皮质坏死的大体病理可呈现弥散的、带状的、按动脉分布的三种形式。镜下病理显示皮质坏死可为局灶的、层状的和经皮质的三种。锥状细胞层、海马下脚和下脚前部的海马神经元常常出现坏死。在纹状体和丘脑部位可出现斑片状或弥散的神经元受累。明显坏死病灶部位是下丘脑核、外侧膝状体、下丘、脑神经核。在小脑的齿状核、浦肯野细胞、内侧颗粒层可出现明显受损的小脑神经元。偶尔在脊髓前角也可观察到坏死的神经元。

缺血缺氧引起的脑灰质坏死的慢性损伤可呈现脑萎缩、星形胶质细胞纤维增生（有时可伴有大或小的空腔）、瘢痕性脑回、大理石纹理。从开始损伤到最后病灶定型，脑萎缩、星形胶质细胞纤维增生、空腔、瘢痕性脑回等演化是可追踪和合理推断的。但这种分析却变复杂，是因为这些脑受损的婴儿在成活的数月或数年中，可能遭受到另外的缺血缺氧损伤。精细的神经影像的应用可解决上述难题。

新生儿脑萎缩和胶质增生损伤不同于成人的脑损伤改变。因为婴儿脑组织的含水量较高，脑组织空腔程度也比成人的空腔明显。

瘢痕性脑回表现为萎缩的蘑菇状，在其相邻处为增宽的脑沟，以顶枕凸处最明显。镜下观察显示延髓沟的脑实质缺失比脑回顶处明显，因而形成蘑菇样改变。

大理石状纹理改变往往出现在背侧丘脑、新纹状体、大脑皮质。因为损伤表现为不规则的、交切的髓鞘带和异常的星形细胞突，所以称为大理石状纹理。在髓鞘染色的切片上，其大体和镜下病理的迷乱结构似大理石表面，星形胶质细胞迷乱突起形成异常髓鞘。此种损伤与缺血缺氧损伤的确切关系仍然不是很明确。瘢痕性脑回和大理石状纹理改变经常同时存在。