一、結核菌
屬放線菌目，分枝桿菌科的分枝桿菌屬，其中引起人類結核病的主要爲人型結核菌，牛型感染少見。結核菌爲需氧菌，不易染色，經品紅加熱染色後，即使用酸性酒精沖洗亦不能脫色，故稱爲抗酸桿菌;鏡檢呈細長、略彎的桿菌。對外界抵抗力較強，在陰溼處能生存5個月以上;但在陽光曝曬2小時，5%～12%甲酚皁(來蘇)溶液接觸2～12小時，70%酒精接觸2分鐘，或煮沸1分鐘，即可被殺滅。最簡便的滅菌方法是直接焚燬帶有病菌的痰紙。結核菌生長緩慢，增殖一代需15～20小時，生長成可見的菌落一般需4～6周，至少亦需3周。
結核菌菌壁爲含有高分子量的脂肪酸、脂質、蛋白質及多糖類組成的複合成分，與其致病力、免疫反應有關。在人體內，脂質能引起單核細胞、上皮樣細胞及淋巴細胞浸潤而形成結核結節;蛋白質可引起過敏反應，中性粒細胞及單核細胞浸潤;多糖類則參與某些免疫反應(如凝集反應)。結核菌分爲人型、牛型及鼠型等種類。前兩型(尤以人型，標準菌株H37Rv)爲人類結核病的主要病原菌，人型與牛型菌形態相似，對豚鼠均有較強致病力，但人型菌對家兔免疫致病力則遠較牛型菌爲強。人型菌可產生煙酸，而牛型菌的煙酸試驗多呈陰性。飲用未經消毒的帶有牛型結核菌的牛服，可能引起腸道結核感染。
A羣：生長繁殖旺盛，存在於細胞外，致病力強，傳染性大，多在疾病的早期活動性病竈內、空洞壁內或人洞內，易被抗結核藥物所殺滅，尤以異煙肼效果最好，起主要殺菌作用，鏈黴素及利福平亦有效，但不及前者。B羣：爲細胞內菌，存在於巨噬細胞內，細菌得到酸性細胞質的保護能夠生長，但繁殖緩慢，吡嗪酰胺在pH<5.5時，殺菌效果較好。C羣：爲偶爾繁殖菌，存在於乾酪壞死竈內，生長環境對細菌不利，結核菌常呈休眠狀態，僅偶爾發生短暫的生長繁殖，僅對少數藥物如利福平敏感。B羣與C羣菌爲頑固菌，常爲日後復發的根源，僅暫時休眠，可能存活數月、數年。亦稱“持續存活菌”。D羣：爲休眠菌，病竈中有少量結核菌完全處於休眠狀態，無致病力及傳染性，對人體無害。任何藥物對其作用，多數自然死亡或被吞噬殺滅，很少復發。
上述按細菌生長繁殖分組對藥物選擇有一定指導意義。
在繁殖過程中，結核菌由於染色體基因突變而產生耐藥性。耐藥性是結核菌的重要生物學特性，關係到治療的成敗。天然耐藥菌繼續生長繁殖，最終菌羣中以耐藥菌爲主(敏感菌被藥物淘汰)，抗結核藥物即失效，此種因基因突變而出現的極少量天然耐藥菌(自然變異)，通常不致引起嚴重後果。另一種發生耐藥性的機制是藥物與結核菌接觸後，有的細菌發生誘導變異，逐漸能適應在含藥環境中繼續生存(繼發耐藥)。在固體培養基中每毫升含異煙肼(INH)1μg，鏈黴素(SM)10μg或利福平(RFP)50μg能生長的結核菌分別稱爲各該藥的耐藥菌。耐INH菌株對動物的致病力是顯著減弱，耐SM菌的致病力一般不降低，耐RFP菌有不同程度降低，對RFP及INH同時耐藥的結核菌，其致病力降你較單一耐INH者更顯著。 患者以往未用過某藥，但其痰菌對該藥耐藥，稱原始耐藥菌感染。長期不合理用藥，經淘汰或誘導機制出現耐藥菌，稱繼發耐藥。復治患者中很多爲繼發耐藥病例。近年來對多種藥物耐藥結核菌日漸增多，成爲臨牀上很難治癒的病例。任何藥物聯合錯誤、藥物劑量不足、用藥不規則、中斷治療或過早停藥等，均可導致細菌耐藥。發生耐藥的後果必然是近期治療失敗或遠期復發。因此避免與克服細菌耐藥，是結核病化學治療成功的關鍵。 臨牀上的陽性痰菌培養中約有5%爲非結核分枝桿菌(除結核分枝桿菌與麻風分枝桿菌以外的分枝桿菌)，亦是抗酸桿菌，廣泛存在於自然界，當機體免疫受損時，可引起肺內及肺外感染，其臨牀表現酷似結核病，但多數對抗結核藥耐藥。此種非結核分枝桿菌的生物學特性與結核菌不盡相同，例如能在28℃生長，菌落光滑，煙酸試驗陰性，耐藥接觸試驗陽性，對豚鼠無致病力等。
二、感染途徑
呼吸道感染是肺結核的主要感染途徑，飛沫感染爲最常見的方式。傳染源主要是排菌的肺結核患者(尤其是痰塗片陽性、未經治療者)的痰液。健康人吸入患者咳嗽、打噴啑時噴出的飛沫而受感染。小於10μg的痰滴可進入肺泡腔，或因其重量輕而飄浮於空氣中較長時間，在室內通風不良環境中的帶菌飛沫，亦可被吸入引起感染。感染的次要途徑是經消化道進入體內。少量、毒力弱的結核菌多能被人體免疫防禦機制所殺滅。僅當受大量毒力強的結核菌侵襲而機體免疫力不足時，感染後才能發病。其他感染途徑，如經皮膚、泌尿生殖系統等，均很少見。
三、人體的反應性
(一)免疫與變態反應
人體對結核菌的自然免疫力(先天免疫力)是非特異性的。接種卡介菌或經過結核菌感染後所獲得的免疫力(後天性免疫力)則具有特異性，能將入侵的結核菌殺死或嚴密包圍，制止其擴散，使病竈癒合。獲得性免疫顯著強於自然免疫，但二者對防止結核病的保護作用是相對的。人體感染結核菌後，因具有免疫力而不發展成結核病。鍛鍊身體有助於增強免疫;反之，麻疹、糖尿病、矽肺、艾滋病及其他慢性疾病營養不良或使用糖皮質激素、免疫抑制劑等，減低人體免疫功能，容易受結核菌感染而發病，或使原先穩定的病竈重新活動。年齡可影響人對結核感染的自然抵抗力，老人與幼兒是易感者，與老年時細胞免疫低下及幼兒的細胞免疫系統尚不完善有關。
結核病的免疫主要是細胞免疫，表現爲淋巴細胞的致敏與吞噬細胞功能的增強。入侵的結核菌被吞噬細胞吞噬後，經加工處理，將抗原信息傳遞給T淋巴細胞，使之致敏。當致的T淋巴細胞再次接觸結核菌，可釋出多種淋巴因子(包括趨化因子、巨噬細胞移動抑制因子、巨噬細胞激活因子等)，使巨噬細胞聚集在細菌周圍，吞噬並殺滅細菌，然後變成類上皮細胞及朗漢斯(Langhans)鉅細胞，最終形成結核結節，使病變侷限化。
結核菌侵入人體後4～8周，身體組織對結核菌及其代謝產物所發生的敏感反應稱爲變態反應，與另一亞羣T淋巴細胞釋放的炎性介質、皮膚反應因子及淋巴細胞毒素等有關。局部出現炎性滲出，甚至乾酪壞死，常伴有發熱、乏力及食慾減退等全身症狀。此時如用結核菌素作皮膚試驗(詳見下述)，可呈陽性反應。注射局部組織充血水腫，並有大量致敏的T淋巴細胞浸潤。人體對結核菌及其代謝產物的此種細胞免疫反應，屬於第Ⅳ型(遲髮型)變態反應。感染結核菌後，尚可發生皮膚結節性紅斑、多發性關節炎或皰疹性結合膜炎等，均爲結核病變態反應的表現，常發生於原發結核感染患者。
結核菌體的多肽、多糖複合物與反應有關，而其蠟質及結核蛋白則與變態反應有關。引起兩者的抗原成分不同，但免疫與變態反應則常同時存在。例如接種卡介苗後可產生免疫力，同時結核菌素反應(變態反應)亦轉爲陽性。兩者的出現亦可能與機體不同T淋巴細胞亞羣所產生的淋巴因子有關。免疫對人體起保護作用，而變態反應則通常伴有組織破壞，對細菌亦不利。嚴重疾病、營養不良或使用免疫抑制藥物，均可削弱免疫力，變態反應也同時受到抑制，表現爲對結核菌試驗的無反應。當全身情況改善或停用抑制免疫反應的藥物後，隨着免疫與變態反應的恢復，結核菌素反應亦變爲陽性。免疫與變態反應有時亦不盡平行，與人體複雜的內外環境、藥物的影響，以及感染菌量及毒力等因素有關。總之，入侵結核菌的數量、毒力及人體免疫力、變態反應的高低，決定感染後結核病的發生、發展與轉歸。人體抵抗力處於劣勢時，結核病常易於發展;反之，感染後不易發病，即使發病亦比較輕，且易治癒。
(二)初感染與再感染
給豚鼠安次接種一定量的結核菌，最初幾天可無明顯反應，約10～14天之後，注射局部發生紅腫，逐漸形成潰瘍，經久不愈，結核菌大量繁殖，到達局部淋巴結，並沿淋巴結及血液循環向全身播散，豚鼠易於死亡，表明豚鼠對結核菌無免疫力。
如將同量結核菌注入4～6周前已受少量結核菌感染的豚鼠體內，則所發生的反應顯然與上述不同。注射後，動物高熱，2～3天之後，注射局部出現組織紅腫、潰瘍、壞死等劇烈之反應，但不久即可癒合、結痂、局部淋巴結並不腫大，不發生全身性結核播散，亦不致死亡。這種由於再感染引起的局部劇烈變態反應，通常易癒合，亦無全身播散，均爲豚鼠對結核菌已具有免疫力的結果。機體對結核菌再感染與初感染所表現出不同反應的現象，稱爲科赫(Koch)現象。
肺部首次(常爲小兒)感染結核菌後(初感染)，細菌被吞噬細胞攜至肺門淋巴結(淋巴結腫大)，並可全身播散(隱性菌血症)，此時若機體免疫力低下，可能發展爲原發性進行性結核病。但在成人(往往在兒童時期已受過輕度結核感染，或已接種卡介苗)，機體已有定的免疫力，此時的再感染，多不引起局部淋巴結腫大，亦不易發生全身播散，而在再感染局部發生劇烈組織反應，病竈多滲出性，甚至乾酪樣壞死、溶化而形成空洞。
一、結核病的基本病理變化
人體免疫力及變態反應性、結核菌入侵的數量及其毒力，與結核病變的性質、範圍，從一種病理類型轉變爲另一類型的可能性與速度均有密切關係。因此病變過程相當複雜，基本病理變化亦不一定全部出現在結核患者的肺部。
(一)滲出爲主的病變
表現爲充血、水腫與白細胞浸潤。早期滲出性病變中有嗜中性粒細胞，以後逐漸被單核細胞(吞噬細胞)所代替。在大單核細胞內可見到吞入的結核菌。滲出性病變通常出現在結核炎症的早期或病竈惡化時，亦可見於漿膜結核。當病情好轉時，滲出性病變可完全消散吸收。
(二)增生爲主的病變
開始時可有一短暫的滲出階段。當大單核細胞吞噬並消化了結核菌後，菌的磷脂成分使大單核細胞形態變大而扁平，類似上皮細胞，稱“類上皮細胞”。類上皮細胞聚集成團，中央可出現朗漢斯鉅細胞。後者可將結核菌抗原的信息傳遞給淋巴細胞，在其外圍常有較多的淋巴細胞，形成典型的結核結節，爲結核病的特徵性病變，“結核”也因此得名。結核結節中通常不易找到結核菌。增生爲主的病變多發生在菌量較少、人體細胞介導免疫佔優勢的情況下。
(三)變質爲主的病變(乾酪樣壞死)
常發生在滲出或增生性病變的基礎上。若機體抵抗力降低、菌量過多、變態反應強烈，滲出性病變中結核菌戰勝巨噬細胞後不斷繁殖，使細胞混濁腫脹後，發生脂肪變性，溶解碎裂，直至細胞壞死。炎症細胞死後釋放蛋白溶解酶，使組織溶解壞死，形成凝固性壞死。因含多量脂質使病竈在肉眼觀察下呈黃灰色，質鬆而脆，狀似乾酪，故名乾酪樣壞死。鏡檢可見一片凝固的、染成伊紅色的、無結核的壞死組織。
上述三種病變可同時存在於一個肺部病竈史，但通常有一種是主要的。例如在滲出性及增生性病變的中央，可出現少量乾酪樣壞死;而變質爲主的病變，常同時伴有程度不同的滲出與結核結節的形成。
二、結核病變的轉歸
乾酪樣壞死病竈中結核菌大量繁殖引起液化，與中性粒細胞及大單核細胞浸潤有關。液化的乾酪樣壞死物部分可被吸收，部分由支氣管排出後形成空洞，或在肺內引起支氣管播散。當人體免疫力增強及使用抗結核藥物治療，病竈可逐漸癒合。滲出性病竈通過單核-吞噬細胞系統的吞噬作用而吸收消散，甚至不留瘢痕，較小的乾酪樣壞死或增生性病變亦可經治療後縮小、吸收，僅留下輕微纖維瘢痕。病竈在癒合過程中常伴有纖維組織增生，形成條索狀瘢痕。乾酪樣病竈亦可因失水、收縮及鈣鹽沉着，最終形成鈣化竈而癒合。
三、結核病竈的播散與惡化
人體初次感染結核菌時，結核菌可被細胞吞噬，經淋巴管帶至肺門淋巴結，少量結核菌可進入血循環播散至全身，但可能並無顯著臨牀症狀(隱性菌血症)。若壞死病竈侵蝕血管，結核菌可通過血循環，引起包括肺在內的全身粟粒型結核，如腦膜、骨、腎結核等。肺內結核菌可沿支氣管播散，在肺的其他部位形成新的結核病竈。吞入大量含結核菌的痰進入胃腸道，亦可引起腸結核、腹膜結核等。肺結核可直接擴展至胸膜引起結核性胸膜炎。
結核病理改變的演變與機體全身免疫功能及肺局部免疫力的強弱有關。纖維化是免疫力強的表現，而空洞形成則常表示其免疫力低下。
