Patofizjologia odnosi się do zmian w normalnych procesach biochemicznych, mechanicznych i fizycznych organizmu. Patofizjologia choroby Parkinsona odnosi się do fizycznych i biochemicznych zmian w mózgu, które z kolei powodują widoczne nieprawidłowe funkcjonowanie mechaniczne i fizyczne reszty ciała. Przykładem są charakterystyczne drżenia związane z chorobą Parkinsona. Chociaż czynniki wpływające i przyczyniające się mogą różnić się w przypadku choroby Parkinsona o wczesnym początku, młodzieńczej i standardowej, patofizjologia choroby Parkinsona jest zasadniczo taka sama.
Głęboko w mózgu znajduje się skupisko struktur zwanych jądrami podstawnymi, co tłumaczy się jako „struktury podstawne” i obejmuje globus pallidum internus, skorupę i jądro ogoniaste. Struktury te są częściowo odpowiedzialne za kontrolowanie dobrowolnych ruchów. Obok jąder podstawy znajduje się istota czarna, obszar mózgu zawierający komórki nerwowe wytwarzające chemiczną dopaminę. Dopamina to neuroprzekaźnik, który przekazuje wiadomości lub sygnały między komórkami nerwowymi.
Ciało prążkowane to szare i białe pasma tkanki, które leżą w jądrze ogoniastym i skorupie i są połączone z istotą czarną. Dopamina wytwarzana w istocie czarnej jest przekazywana wzdłuż tkanki łączącej i uwalniana do ciała prążkowanego. Proces ten jest niezbędny do płynnego, kontrolowanego, skoordynowanego i świadomego ruchu mięśni.
Choroba Parkinsona jest upośledzeniem produkcji dopaminy, co skutkuje zmniejszoną i nieefektywną neurotransmisją lub transmisją wiadomości między komórkami mózgu. Powoduje, że komórki nerwowe odpalają się nieregularnie i niewłaściwie, co skutkuje niekontrolowanymi, mimowolnymi ruchami i sztywnością mięśni. Patofizjologia choroby Parkinsona zaczyna się od śmierci lub uszkodzenia komórek wytwarzających dopaminę w istocie czarnej.
Patofizjologia choroby Parkinsona charakteryzuje się również obecnością ciał Lewy’ego w mózgu, szczególnie w istocie czarnej. Ciała Lewy’ego to nieprawidłowe struktury białkowe występujące w mózgu. Są znakiem rozpoznawczym choroby Parkinsona i zawierają białko aminokwasowe a-synukleinę. W normalnym stanie na normalnym poziomie funkcją tego białka jest regulacja aktywności transporterów dopaminy. Na nieprawidłowym poziomie lub w stanie zmutowanym, takim jak ciała Lewy’ego, przyczyni się do śmierci i dysfunkcji komórek.
Zarówno ciała Lewy’ego, jak i a-synukleina są ważne dla patofizjologii choroby Parkinsona, gdy pojawia się ona u osób poniżej 40 roku życia oraz w przypadkach dziedzicznych. We wczesnych dziedzicznych przypadkach choroby Parkinsona zidentyfikowano dwie mutacje a-synukleiny. W przypadkach choroby Parkinsona z objawami po 60. roku życia, patofizjologia obejmuje śmierć komórek powiązaną z tą chorobą. Szacuje się, że do 13 procent neuronów produkujących dopaminę umiera na każdą dekadę życia. Oznacza to, że więcej przypadków choroby Parkinsona związanej z wiekiem pojawi się, gdy ludzie będą żyć dłużej, ponieważ w wieku 80 lat osoba może stracić od 80 do 90 procent komórek wytwarzających dopaminę. Nie każdy straci tyle komórek lub rozwinie chorobę Parkinsona.