急性脑外伤的病理变化包括脑血流量减少、脑缺氧、组织和细胞酸中 毒、游离脂肪酸和游离自由基增加、脑水肿和颅内压升高等。而巴比妥类药 物具有保护脑功能的作用，其作用机制虽尚未完全明确，但实验已证明其有以下作用：
(1)抑制脑代谢:实验证明此类药物可使脑氧消耗量减少50%左右，从 而抑制脑代谢率，延缓脑衰竭过程。
(2)改善脑缺血区血流:此类药物可增加脑血管阻力，而缺血区阻力较 低，从而使脑血流向缺血区流动。脑侧支循环较丰富的部位效佳，而侧支循 环较少的部位效差。
(3)实验证明缺血和缺氧损伤时，脑内游离脂肪酸增加，其增加可诱发 和加重脑水肿，影响神经细胞的线粒体产生ATP，抑制糖分解等脑损害作 用。而巴比妥类药物有防止缺血脑游离脂肪酸增加的作用。
(4)清除自由基:脑损伤尤其缺血状态时，过氧化物、阴离子等自由基增 加，自由基增加可加重脑膜损害、诱发和加重脑水肿。巴比妥类药物能抑制 脂质过氧化反应中的自由基产生，尤其在严重脑缺血时，其清除自由基的作 用具有保护细胞膜不受损害的功能。临床应用巴比妥类药物治疗急性脑外 伤所致颅高压、脑水肿已取得较为肯定的疗效。据国外资料报道，对脑外伤 所致颅内压升高，在不使用任何渗透性利尿剂的情况下，应用此类药物控制 颇为有效，生存率也比意识水平相似的其他脑外伤病例为髙。应用大剂量 巴比妥类药，以短效为佳，常用戊巴比妥或硫喷妥钠，首次用量3〜5mg/kg， 最大量可达15〜30mg/kg，待颅内压持续正常36小时后，可缓慢停药，能有 效地降低难以控制的颃高压，并降低死亡率。用药越早效果越佳。但此类 药物应用剂量过大，可引起严重的呼吸抑制和呼吸道引流不畅，应严密监视 患者的意识、脑电图、血药浓度及呼吸情况。还有资料报道，用巴比妥类药 治疗代谢性昏迷所致的颅高压，可明显降低死亡率和后遗症。
