当大脑的供血动脉严重狭窄或闭塞时，血流通过其他血管（旁路吻合或新形成的血管吻合）到达缺血区，从而使缺血组织得到不同程度的灌注代偿。
大脑侧支循环
大脑侧支循环指的是动脉到动脉的吻合路径，当某一脑组织区域由于疾病导致主要血流来源减少或受损时，该路径能够稳定该受损区域的脑血流并向该区域提供营养。
所谓侧支血管，是指邻近大血管的一些小的分支血管，有些比较成熟，有细小血流，有些只是潜在存在，平时并不开放。
侧支循环，是指当大血管闭塞时血流通过侧支血管到达远端缺血区，使缺血组织得到灌注代偿的过程。
大血管相当于高速公路，如果发生意外，堵了，边上的小路马上打开，车流分散而过，一个道理。
大脑侧支循环根据解剖结构可以分为三级。
初级侧支循环，即Willis环。
Willis环是大脑底部连接大脑前循环和大脑后循环的吻合动脉环，其提供侧支血流的能力取决于组成血管的大小及连续性。
Wills环在人群中存在显著的形态变异，一些解剖学变异可能会影响脑血流的血液动力学，从而导致不同类型及程度的脑血管疾病。
研究表明，在颈内动脉严重闭塞情况下，Wills环是侧支循环的主要途径。与没有侧支循环的Wills环变异患者相比，具有有效侧支循环的患者发生短暂性脑缺血及脑卒中的风险要低在脑卒中发生后，初级侧支循环第一时间完成血流的重新分配，通过现有的吻合支将脑血流立即转移至缺血区域，提供灌注的替代途径，保证缺血区域的血流灌注，维持脑的营养及机能活动。
侧支循环示意图
正常情况下两边压力相同，侧支并不开放，没有血流；当一侧狭窄时，压力减低，对侧压力较高，经侧支向患侧供血，这种通过侧支的血流通道，叫侧支循环（collateral cirvulation）。
二级侧支循环主要包括大脑前动脉、大脑中动脉和大脑后动脉远端之间以及大脑后动脉和小脑上动脉之间的颅内软脑膜吻合（Regional leptomeningeal collateral，rLMC）；以及颈外动脉分支（如面动脉、上颌动脉、脑膜中动脉和枕动脉）和颈内动脉分支（如眼动脉）之间的吻合。
大脑前动脉及大脑中动脉之间的二级侧支循环数量最多，大小最大。
当初级侧支循环未发育或其代偿后仍然不能满足缺血区域的需求，二级侧支循环开始开放并发挥作用，在血管闭塞后短时间内迅速形成软脑膜吻合支，为缺血区域供血，避免梗死区域进一步扩大。
三级侧支循环指新生血管，一般在脑组织缺血数天后才能形成。研究数据表明，缺血脑组织神经功能的改善与血管生成显著相关；卒中后血管生成可改善组织灌注，内皮细胞释放过多的神经营养因子来支持神经元和干细胞的活性，以增强功能恢复。
侧支循环不同于微循环，二者所起作用也不相同。微循环受上游大血管血流影响，大血管受阻，微循环灌注便会受到影响。而侧支循环不受上游血管影响，大血受阻，它会开放，补偿远端供血。