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瘧疾是由瘧原蟲引起的疾病。由於被寄生的肝細胞周圍沒有明顯炎症反應，推測紅外期不引起宿主臨床症状。從瘧疾症状發作與瘧原蟲紅內期成熟時間一致情況看，認為系瘧原蟲在紅細胞內攝噬血紅蛋白產生代謝產物及瘧色素，當裂殖體成熟後脹破紅細胞，隨同裂殖子一起進入血流，作用於體溫調節中樞引起發熱及其他有關症状。不同種的原蟲裂體增殖時間不一致，因而臨床發作周期也不一致，一般間日瘧和卵形瘧為隔日一次，三日瘧隔兩天一次，惡性瘧由於原蟲發育不整齊，遂使發作不規律，且惡性瘧原蟲的紅細胞內期裂體增多在內臟微血管內進行，易致內臟損害。
瘧疾的發作還與原蟲的數量有關，導致發熱所需每立方毫米血內最低原蟲數目，稱為發熱閾值。間日瘧為10～500；惡性瘧為500～1300；三日瘧140。變化幅度與個體的耐受力與免疫力有關。
新近研究認為子孢子侵入肝細胞是子孢子內的分泌物起動，並與肝細胞膜的位點特異粘附主動入侵的過程。裂殖子鑽入紅細胞也是特異受體介導下完成。機體為清除瘧原蟲，體液和細胞免疫均參於其過程。尤其是巨噬細胞在瘧原蟲誘導下產生腫瘤壞死因子（TNF），TNF增強巨噬細胞活性，使吞噬瘧原蟲，吞噬過程中又促進釋放活性氧，活性氧再殺滅瘧原蟲。另一方面TNF及活性氧又引起機體組織器官的損傷和典型的臨床症状。
兇險型瘧疾的發病原理 過去提出的栓塞說；炎症說；DIC說均屬推測。近年來的深入研究認為系寄生瘧原蟲的RBC與宿主、內臟血管內皮細胞特異粘附導致微血管床阻塞、組織缺氧，以及免疫活性細胞釋放的TNF等細胞活素、活性氧共同作用，造成組織器官嚴重的病理損害。
病理變化 瘧疾的病理變化主要由單核巨噬細胞增生所致。在脾內大量吞噬細胞吞噬含原蟲的紅細胞、及被原蟲破壞的紅細胞碎片與瘧色素，因而患者脾腫大，腫大的脾臟質硬、包膜厚；切面充血，馬氏小體不明顯。顯微鏡下可見大量含瘧原蟲的紅細胞及瘧色素；反覆發作者網狀組織纖維化，因而病癒後脾腫不能縮小。肝臟輕度腫大，肝細胞混濁腫脹與變性，小葉中心區尤甚。Kupffer細胞大量增生，內含瘧原蟲及瘧色素。高瘧區患者有脾臟巨大，血清IgM及瘧疾抗體升高，但其瘧原蟲數不多，抗瘧治療有效，稱此為熱帶巨脾症候群(Tropical splenomegaly syndrome)。可能是與遺傳有關的異常免疫反應。
貧血瘧原蟲破壞紅細胞因蟲種差異及瘧原蟲侵犯紅細胞的類型不一而不同。惡性瘧原蟲繁殖迅速，且侵犯不同年齡的紅細胞，所以短期內即有10%的紅細胞破壞。因而貧血發生早而顯著。間日瘧常侵犯網織紅細胞，受染紅細胞不超過2%，故貧血較輕。三日瘧原蟲侵犯衰老的紅細胞，破壞不超過1%，貧血常不顯著。事實上紅細胞破壞的數量往往幾倍於受染紅細胞數，這可能是瘧原蟲的抗原成份沾染了正常紅細胞，而導致機體免疫識別有關。惡性瘧疾時紅細胞大量破壞，發生DIC，可出現溶血性黃疸。
兇險發作可致腦組織充血、水腫；大腦白質內散在出血點、充血；軟腦膜顯著充血水腫，重者溝回變淺。顯微鏡下毛細血管充血，內含大量染瘧原蟲的紅細胞及不含蟲而聚集的紅細胞。還可見環形出血灶、Durcl肉芽腫、局灶性脫鞘和退行性病變。
其它器官如：骨髓、腎、胃腸、肺、心、腎上腺等亦有不同程度的吞噬細胞增生，並可見吞噬有含瘧原蟲的紅細胞和瘧色素，毛細血管內有含瘧原蟲的紅細胞，甚者微血管阻塞，內皮脫落、變性壞死等。
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