因为大脑的新陈代谢速率很快且脑部都大量的不饱和脂质，这些脂质易成为脂质过氧化反应的目标，所以大脑是非常容易受到氧化损伤的侵害。抗氧化剂因此作为药物可用于治疗各类脑部损伤。超氧化物歧化酶的类似物（superoxide dismutase mimetics）、丙泊酚和硫喷妥钠能被用于治疗再灌注损伤（reperfusion injury ）和创伤性脑损伤（traumatic brain injury） 。Cerovive和依布硒（Ebselen）作为试验性药物用于中风的治疗。这些药物似乎可以避免神经元的氧化应激、防止细胞凋亡和神经损伤。
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