AVM常以顱內(nèi)出血和腦盜血引起的癥狀起病。發(fā)病的根本原因是AVM病灶中動(dòng)靜脈之間缺乏毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)，動(dòng)脈血直接流入靜脈，血流阻力驟然減少，導(dǎo)致局部腦動(dòng)脈壓下降、腦靜脈壓增高，由此產(chǎn)生一系列血流動(dòng)力學(xué)的紊亂和病理生理過程。
1.出血
多種因素可引起顱內(nèi)出血：
(1)大流量的血液使管壁結(jié)構(gòu)異常的動(dòng)脈擴(kuò)張扭曲，血管壁進(jìn)一步受損破壞，一旦不能承受血流壓力時(shí)局部破裂出血。
(2)AVM伴發(fā)的動(dòng)脈瘤破裂出血，伴有動(dòng)脈瘤的病灶出血率達(dá)90%～100%.
(3)大量血流沖擊畸形血管團(tuán)的引流靜脈，管壁較薄的靜脈局部擴(kuò)張呈囊狀或瘤狀，容易破裂出血。
(4)由于大量血液通過AVM內(nèi)的動(dòng)靜脈瘺管，由動(dòng)脈迅速注入靜脈，局部腦動(dòng)脈壓下降，致使病灶周圍腦組織得不到正常的灌注，動(dòng)脈血流向AVM區(qū)，出現(xiàn)“腦盜血”現(xiàn)象。長期的缺血，周圍區(qū)域的小動(dòng)脈處于擴(kuò)張狀態(tài)，管壁結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生改變。在某些情況下，如全身血壓急驟上升時(shí)，這種擴(kuò)張血管亦有破裂出血的可能。
AVM的大小與出血的危險(xiǎn)有一定相關(guān)性。一般認(rèn)為，小型AVM(最大徑6cm)切除后極易發(fā)生。文獻(xiàn)報(bào)道，中大型AVM術(shù)后，腦過度灌注現(xiàn)象發(fā)生率為1%～3%，巨大型AVM為12%～21%，其致殘率和死亡率高達(dá)54%.這種現(xiàn)象在AVM的血管內(nèi)介入治療中亦可發(fā)生，是AVM處理過程中可能發(fā)生的最嚴(yán)重的危險(xiǎn)。
AI-Rodhan(1993)對AVM術(shù)后出現(xiàn)腦水腫和殘腔出血提出另一種解釋，認(rèn)為是由于AVM切除后引流靜脈的殘端狹窄、血栓形成或栓塞、周圍腦組織的靜脈回流障礙加重所致。因此命名為靜脈閉塞性充血
2.顱內(nèi)壓增高
AVM本身沒有占位效應(yīng)，但不少病人表現(xiàn)為顱內(nèi)壓增高征。一方面，AVM中動(dòng)脈血直接進(jìn)入靜脈，導(dǎo)致腦靜脈壓增高，阻礙周圍腦組織的靜脈回流而使腦組織長期淤血和水腫，顱內(nèi)壓增高;另一方面，AVM病人常伴有腦積水，出現(xiàn)腦積水的原因可以是引流腦深部病灶的深靜脈，擴(kuò)大成球狀的靜脈瘤或腦室內(nèi)出血堵塞腦脊液循環(huán)通路，也可以是腦靜脈高壓影響腦脊液的吸收或出血導(dǎo)致部分蛛網(wǎng)膜下腔的閉塞或蛛網(wǎng)膜顆粒的堵塞使腦脊液吸收減少，均可引起阻塞性或交通性腦積水;再一方面，出血引起的腦內(nèi)血腫及血腫周圍的腦水腫也是顱內(nèi)壓增高的重要原因。
3.病理
腦AVM可發(fā)生在顱內(nèi)的任何部位。80%～90%位于幕上，以大腦半球表面特別是大腦中動(dòng)脈供應(yīng)區(qū)的頂、顳葉外側(cè)面最為多見，其次為大腦前動(dòng)脈供應(yīng)區(qū)的額葉及大腦內(nèi)側(cè)面，其他部位枕葉、基底節(jié)、丘腦、小腦、腦干、胼胝體、腦室內(nèi)較少見。幕上病變多由大腦中動(dòng)脈或大腦前動(dòng)脈供血，幕下AVM多由小腦上動(dòng)脈供血或小腦前下或后下動(dòng)脈供血。供血?jiǎng)用}一般只有一條，多者可有二三條，回流靜脈多為一條，偶有兩條。供血?jiǎng)用}及回流靜脈多粗大，比正常動(dòng)、靜脈大1倍到數(shù)倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)供血?jiǎng)用}大腦中動(dòng)脈占60%，大腦前動(dòng)脈分支占20%，大腦中動(dòng)脈和大腦前動(dòng)脈分支聯(lián)合供血占10%，脈絡(luò)膜前動(dòng)脈及椎-基動(dòng)脈分支供血少見，小腦后動(dòng)脈分支占2%左右?；亓黛o脈依其病變的部位分別匯入矢狀竇、大腦大靜脈、鞍旁靜脈叢、巖竇、橫竇、直竇、巖上竇等。由于胚胎腦血管首先在軟腦膜發(fā)育，故動(dòng)靜脈畸形常位于腦表面，亦可位于腦溝內(nèi)或深部腦組織內(nèi)。典型的腦動(dòng)靜脈畸形呈圓錐形，錐底在腦表面，錐尖朝向腦室，深達(dá)腦室壁，有的伸入腦室與側(cè)腦室脈絡(luò)叢相連。有少數(shù)動(dòng)靜脈畸形呈類球形、長條形或不規(guī)則形，邊緣不整齊。
畸形血管團(tuán)的大小不一，懸殊很大，小者只有在仔細(xì)檢查下才能看到，腦血管造影不能顯示，只有在術(shù)后病理檢查時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，有的甚至連常規(guī)病理檢查亦難發(fā)現(xiàn)。大者病變直徑可達(dá)8～10cm以上，可累及兩個(gè)腦葉以上，占大腦半球的1/3～1/2或廣泛分布在一側(cè)或雙側(cè)大腦或小腦半球。病變中的畸形血管糾纏成團(tuán)，血管管徑大小不一，有時(shí)較為細(xì)小，有時(shí)極度擴(kuò)張、扭曲，甚至其行程迂曲，呈螺旋狀或繞成圓圈形。不同大小的動(dòng)靜脈毛細(xì)血管交織在一起。其間可夾雜腦組織。
顯微鏡下，動(dòng)靜脈畸形的特點(diǎn)是由大小不等、走向不同的動(dòng)靜脈組成，管腔擴(kuò)張，管壁動(dòng)脈內(nèi)膜增生肥厚，有的突向管腔內(nèi)，內(nèi)彈力層極為薄弱，甚至缺失，中層厚薄不一。動(dòng)脈壁上可附有粥樣硬化斑塊及機(jī)化的血凝塊，有的管腔部分堵塞，有的呈動(dòng)脈瘤樣擴(kuò)張。靜脈常有纖維變或玻璃樣變而增厚，偶見有鈣化。但動(dòng)脈和靜脈常常難以區(qū)分?；窝苤車Ｒ娪泻F血黃素沉著，夾雜在血管之間的腦組織可變性壞死。
由于動(dòng)靜脈畸形的動(dòng)靜脈之間沒有毛細(xì)血管，血液經(jīng)動(dòng)脈直接流入靜脈，缺乏血管阻力，局部血流量增加，血循環(huán)速度加快。這種血流改變，引起大量“腦盜血”現(xiàn)象。由于動(dòng)脈血直接流入靜脈內(nèi)，使動(dòng)脈內(nèi)壓大幅度下降，供血?jiǎng)用}內(nèi)壓由正常體循環(huán)平均動(dòng)脈壓的90%，降至45.1%～61.8%，而靜脈內(nèi)壓上升，引起病變范圍內(nèi)靜脈回流受阻而致靜脈怒張、扭曲。動(dòng)脈壓的下降以及“腦缺血”現(xiàn)象，使動(dòng)脈的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能喪失，致使動(dòng)脈擴(kuò)張，以彌補(bǔ)遠(yuǎn)端腦供血不足。動(dòng)脈內(nèi)血流的沖擊致使動(dòng)脈瘤形成，以及靜脈長期怒張、扭曲，形成巨大靜脈瘤。這都是動(dòng)靜脈畸形破裂出血的因素。靜脈內(nèi)血流加快，血管壁增厚，靜脈內(nèi)含有動(dòng)脈血，手術(shù)時(shí)可見靜脈呈鮮紅色，與動(dòng)脈難以區(qū)別，這稱之為靜脈的動(dòng)脈化。隨著動(dòng)靜脈的擴(kuò)張，盜血量日益增加使病變范圍逐漸擴(kuò)大。