病原菌产生的内毒素对本病的发生和发展起着较重要的作用。病菌在小肠内增殖，穿过肠黏膜上皮细胞到达肠壁固有层。部分病原菌被巨噬细胞吞噬，并在其胞质内繁殖。部分进入淋巴结并在其中生长繁殖，然后经胸导管进入血流，引起菌血症。病原菌可反复多次进入血液循环引起菌血症反复发作。病菌向全身扩散，侵入肝、胆、脾、肾、骨髓等器官组织，释放内毒素。内毒素可增强局部病灶的炎症反应，激活单核-巨噬细胞与中性粒细胞，使之产生及释放各种细胞因子加重炎症。
副伤寒甲、乙的病理变化大致与伤寒相同，肠出血或穿孔少出现，但胃肠炎型患者的肠道病变显著而广泛，且多侵及结肠。副伤寒丙的肠道病变不显著，肠壁可无溃疡形成，但常引起化脓症。败血症副伤寒常有骨、关节、脑膜、心包、软组织等处化脓性迁延性病灶。
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