脑作为人体极为重要的器官，当发生病变时会出现一系列复杂的病理生理变化。

首先是脑血流量的改变。在多种病理情况下，如脑梗死时，局部血管堵塞，导致相应区域脑血流量急剧减少，使得该区域脑组织得不到充足的氧气和营养物质供应，细胞代谢紊乱。而在脑部炎症等情况下，局部血管扩张，脑血流量可能会有所增加，但这种增加可能并不均匀，也会影响脑的正常功能。

其次是脑水肿。这是脑常见的病理生理变化之一。血管源性脑水肿多因血 - 脑屏障受损，血管通透性增加，血浆成分渗出到脑组织间隙，常见于脑肿瘤、脑外伤等。细胞毒性脑水肿则是由于某些毒素、缺血缺氧等因素，使细胞内渗透压升高，水分进入细胞内，导致细胞肿胀，如在急性脑缺氧时容易发生。

再者是脑代谢的异常。正常情况下，脑主要依赖葡萄糖有氧氧化供能。当发生低血糖时，脑能量供应不足，神经细胞功能受到影响，可出现头晕、乏力、意识障碍等症状。而在脑缺血时，有氧代谢转为无氧代谢，乳酸等酸性代谢产物堆积，导致脑组织酸中毒，进一步损伤神经细胞。

另外，神经递质的失衡也很关键。例如，在帕金森病中，多巴胺能神经元受损，多巴胺分泌减少，而乙酰胆碱的作用相对增强，导致患者出现震颤、肌强直等症状。在癫痫发作时，神经递质的释放和调节紊乱，可引发异常的神经元放电。

最后，颅内压的改变也不容忽视。当脑内发生占位性病变（如脑肿瘤）、脑水肿等情况时，颅内内容物体积增加，导致颅内压升高。颅内压升高会影响脑的血液循环和脑脊液循环，严重时可形成脑疝，压迫脑干等重要结构，危及生命。