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病菌進入人體后，即粘附在呼吸道上皮細胞上，并在該處繁殖，產(chǎn)生毒素。粘著后即抑制上皮細胞纖毛的正常擺動功能，細菌毒素還可使上皮細胞纖毛麻痹、細胞壞死。支氣管粘膜廣泛炎癥，粘液分泌增多，纖毛損害，影響粘液的排除，粘液持續(xù)刺激支氣管粘膜感覺神經(jīng)末梢，反射性地引起劇烈的連續(xù)性咳嗽。也有人認為痙咳是咳嗽中樞對該菌過敏所致。該菌可產(chǎn)生多種細胞產(chǎn)物如組織胺致敏因子（histamine sensitization factor，hsf），提高人體對環(huán)境和生化刺激物的敏感性，促淋巴細胞增生因子（lymphocytosis promoting factor，lpf）使淋巴細胞增多；胰島活性蛋白（isletsactivating protein，iap）能促使胰島素發(fā)泌增多，可引起臨床上的低血糖癥狀。這些物質與百日咳桿菌所產(chǎn)生的外毒素有關，可引起細胞壞死和全身癥狀。

細菌在上皮細胞粘著、繁殖后可引起支氣管上皮的中層和基層壞死，伴中性粒細胞侵潤，及百日咳的典型病理變化。尸解常見支氣管周圍浸潤和間質性肺炎。由于粘液團導致小支氣管的完全或部分阻塞，因而可見局部的肺不張和肺氣腫。支氣管肺炎則多因繼發(fā)其他細菌性感染所致。腦部可有充血、點狀出血，尤多見于驚厥者。腦實質或蛛網(wǎng)膜下腔大量出血尚不多見，可有腦水腫和神經(jīng)細胞變性。

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