脊髓的硬脊膜与椎骨骨膜之间为硬脊膜外间隙，其内充满脂肪组织和静脉丛。此间隙主要存在于脊髓背侧，在腹侧则硬脊膜与骨膜紧密相连，故硬脊膜外脓肿多位于脊髓背侧。在第7颈椎以下，硬脊膜外间隙逐渐变宽，至4～8胸椎处硬脊膜外间隙达0.5～0.7cm。自第9胸椎至第2腰椎，间隙又渐狭小，因此硬脊膜外脓肿好发于下颈椎至上、中胸椎段。
病菌侵入硬脊膜外间隙后，在富于脂肪和静脉丛组织的间隙内形成蜂窝组织炎，有组织充血，渗出和大量白细胞浸润，进一步发展为脂肪组织坏死、硬脊膜充血、水肿、脓液逐渐增多而扩散，形成脓肿。脓肿主要位于硬脊膜囊的背侧和两侧，很少侵及脊膜囊腹侧，上下蔓延的范围可达数个节段，在个别情况下可累及椎管全长，甚至向颅内扩散。脓肿多为单发，少数病例有多数散在小脓腔与一个主要脓腔相沟通。脓肿的形式和动态学改变与致病菌，机体和局部组织的免疫反应，硬脊膜外腔的解剖特点、血管和淋巴系统结构等因素有关。呼吸运动和血管搏动可使椎管内负压差增大，这对炎症通过血管或淋巴系统向硬脊膜外腔扩散具有"吸引"作用。而头和躯干的伸屈活动所引起脊髓和硬脊膜的移动性，则为脓肿上下扩散创造有利条件。后期由于脓液逐渐吸收，结缔组织增生而最终形成肉芽组织。脓肿除直接机械性压迫脊髓外，还可引起血管的炎性血栓形成，使脊髓的血供发生障碍，最后引起脊髓软化，造成不可逆性损害。根据炎症的病理形态，硬脊膜外脓肿可分为：①急性型：全部为脓液；②亚急性型：脓液与肉芽组织并存；③慢性型：以炎性肉芽组织为主。临床上以亚急性型和慢性型多见，急性型少见。根据发病时间长短，也可分为急性型（＜7天）、亚急性型（1～4周）和慢性型（＞1月）。但与上述的病理形态分类并不完全一致，有时病程虽短，却以肉芽组织为主，反之，有时病程较长，却有脓液存在。
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