尿路感染主要是由細(xì)菌所致，在致病菌中許多屬于條件致病菌。尿道是與外界相通的腔道，健康成年女性尿道前端1厘米和男性的前尿道3～4厘米處都有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)菌寄居。由于尿道具有防御能力，從而使尿道與細(xì)菌、細(xì)菌與細(xì)菌之間保持平衡狀態(tài)，通常不引起尿路感染。當(dāng)人體的防御功能被破壞，或細(xì)菌的致病力很強(qiáng)時(shí)，就容易發(fā)生尿路的上行性感染。一般認(rèn)為，尿路感染的發(fā)生取決于細(xì)菌的致病力和機(jī)體的防御功能兩個(gè)方面。在疾病的進(jìn)程中，又與機(jī)體的免疫反應(yīng)有關(guān)。
(1)尿路的防御功能
健康人的膀胱尿液是無(wú)菌的，盡管前尿道及尿道口有大量的細(xì)菌寄居，且可上行至膀胱，但上行至膀胱的細(xì)菌能很快被消除。留置導(dǎo)尿4日，90%以上的患者可發(fā)生菌尿，但拔掉導(dǎo)尿管后多能自行滅菌。由此說(shuō)明，膀胱具有抑制細(xì)菌繁殖的功能。
一般認(rèn)為，尿路的防御功能主要有如下幾個(gè)方面：1尿路各部分的正常的神經(jīng)支配、協(xié)調(diào)和有效的排尿活動(dòng)具有重要的防止感染作用。腎臟不停地生成尿液，由輸尿管流入膀胱，在膀胱中起到?jīng)_洗和稀釋作用。通過(guò)膀胱周期性排尿的生理活動(dòng)，可將接種于尿路的細(xì)菌機(jī)械性地“沖洗”出去，從而防止或減少感染的機(jī)會(huì)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果認(rèn)為這是一相當(dāng)有效的機(jī)制。2較為重要的防御機(jī)制是尿路粘膜具有抵制細(xì)菌粘附的能力。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明：尿路上皮細(xì)胞可能分泌粘蛋白，如氨基葡萄糖聚糖、糖蛋白、粘多糖等，皆有抗細(xì)菌粘著作用。掃描電鏡觀察：尿路上皮細(xì)胞上有一層白色粘膠樣物質(zhì)，可見(jiàn)細(xì)菌附著在這層物質(zhì)上。于排尿時(shí)，這些粘蛋白如能被排出，則入侵細(xì)菌亦隨之而排出。
老年婦女由尿中排出的粘蛋白樣物遠(yuǎn)比年輕婦女為少，這或?yàn)槔夏陭D女易于受感染的因素之一。若用稀釋的鹽酸涂于膀胱粘膜僅1分鐘，細(xì)菌粘著率即可增高，因稀釋鹽酸可破壞粘蛋白而為細(xì)菌入侵提供條件。于24小時(shí)后，細(xì)菌粘附率可恢復(fù)到鹽酸處理前狀態(tài)。于稀釋鹽酸破壞粘蛋白層之后，若于膀胱內(nèi)灌注外源性的粘多糖如合成的戊聚糖多硫酸鹽等，則抗細(xì)菌粘著功能即可恢復(fù)。
也有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明：膀胱粘膜具有殺菌能力，膀胱可分泌抑制致病菌的有機(jī)酸、IgG、IgA等，并通過(guò)吞噬細(xì)胞的作用來(lái)殺菌。4尿pH值低、含高濃度尿素和有機(jī)酸、尿液過(guò)分低張和高張等因素均不利于細(xì)菌的生長(zhǎng)。5如果細(xì)菌仍不能被清除，膀胱粘膜可分泌抗體，以對(duì)抗細(xì)菌入侵。6男性前列腺液具有抗革蘭氏陰性腸道菌的作用，其抗菌作用可能與它的鋅濃度有關(guān)。
(2)病原菌的致病力
健康人尿道周圍平時(shí)寄生的細(xì)菌以乳酸桿菌、表皮葡萄球菌、糞鏈球菌、類白喉?xiàng)U菌為主。在尿路感染以前，該處菌種發(fā)生了變化，以大腸桿菌為主。大腸桿菌是尿路感染最主要的致病菌。但是，并非所有的腸道大腸桿菌皆能引起感染。通過(guò)O抗原(大腸桿菌的菌體抗原)的血清分型以及電泳細(xì)菌同功酶分型，觀察到能致尿路感染者僅是少數(shù)幾株，以01、04、06、08、075等幾株為最常見(jiàn)。
細(xì)菌之能定居于尿路并引起感染，常因這些細(xì)菌有粘著于尿路粘膜的能力，這是發(fā)病機(jī)制中很重要的環(huán)節(jié)。在絕大多數(shù)情況下，這種粘著乃由致病細(xì)菌的菌毛所致，而絕大多數(shù)革蘭氏陰性桿菌皆有菌毛。菌毛之尖端為糖被膜，能產(chǎn)生粘附素(adhesin)，粘附素能與上皮細(xì)胞受體結(jié)合。
根據(jù)受體對(duì)粘附素蛋白的特異性，菌毛可分為I型及P型。I型菌毛能識(shí)別宿主上皮細(xì)胞的特異受體的氨基多糖聚糖或糖氨基糖甙等，這類糖蛋白皆有αD-甘露糖組，因此這些菌毛的粘附功能可用D-甘露糖阻止之，這類細(xì)菌又稱為甘露糖敏感菌。另一型菌毛能結(jié)合α-半乳糖酰-1-4-β-半乳糖(gal1-gal4)，這雙糖是糖鞘脂組成部分，后者又是人P型血型的組成部分，這類菌毛遂稱為P型或gal-gal菌毛，可抗甘露糖。
下尿路感染通常為I型菌毛細(xì)菌所引起，在有利于細(xì)菌的條件下可引起腎盂腎炎，有P型菌毛的大腸桿菌則為腎盂腎炎的主要致病菌。
細(xì)菌一旦粘著于尿路粘膜后即可定居、繁殖，終而侵襲組織而形成感染。
除上述菌毛作為細(xì)菌的毒力因素之外，機(jī)體尿路上皮細(xì)胞受體密度多少亦為發(fā)病的重要環(huán)節(jié)，在感染多次反復(fù)發(fā)作的患者菌毛受體的密度皆較高。
具有粘附能力的帶菌毛的細(xì)菌，往往能產(chǎn)生溶血素、抗血清和產(chǎn)生Colvin A等，這些皆為細(xì)菌毒力的表現(xiàn)。
在腎盂腎炎發(fā)病過(guò)程中，尚有一因素值得提出，即細(xì)菌侵入輸尿管后，輸尿管的蠕動(dòng)即受到影響，因?yàn)閹в蠵型及抗甘露糖菌毛的細(xì)菌常有含脂肪聚糖的內(nèi)毒素，有抑制蠕動(dòng)的作用。輸尿管蠕動(dòng)減低，于是發(fā)生功能性梗阻，這種情況，腎盂內(nèi)壓力即使不如有機(jī)械性梗阻時(shí)那樣高亦可使腎盂乳頭變形，細(xì)菌即可通過(guò)腎內(nèi)逆流而侵入腎小管上皮。用超顯微鏡觀察腎小管，還可見(jiàn)帶菌毛的細(xì)菌粘附于腎小管細(xì)胞膜上，并可見(jiàn)到菌毛的受體。
(3)免疫反應(yīng)
在尿路感染的病程中，一旦細(xì)菌侵入尿路，機(jī)體即有免疫反應(yīng)。無(wú)論是局部的或是全身的，這些反應(yīng)與身體其他部位的免疫反應(yīng)相同。尿內(nèi)經(jīng)常可以發(fā)現(xiàn)免疫球蛋白IgG及IgA。有癥狀的患者尿中IgG較低，而無(wú)癥狀的菌尿患者尿中IgG則較高。IgG是由膀胱及尿道壁的漿細(xì)胞分泌的免疫球蛋白，能使光滑型菌族轉(zhuǎn)變?yōu)榇植谛?，后者毒力較低。此外，補(bǔ)體的激活可使細(xì)菌溶解。上述非特異性免疫反應(yīng)皆為細(xì)菌粘著造成障礙。若感染時(shí)期較長(zhǎng)，患者機(jī)體則可產(chǎn)生特異性免疫蛋白。
球蛋白及補(bǔ)體的活動(dòng)皆可促進(jìn)巨噬細(xì)胞及中性白細(xì)胞的調(diào)理素作用及吞噬功能。但吞噬過(guò)程中，吞噬細(xì)胞釋放的過(guò)氧化物對(duì)四周組織有毒性作用，所以，吞噬細(xì)胞肅清細(xì)菌的過(guò)程亦對(duì)機(jī)體有傷害作用，尤其是對(duì)腎組織的損害。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)性腎盂腎炎中，過(guò)氧化物岐化酶能保護(hù)腎組織不致有過(guò)氧化物中毒。
有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，人體這種免疫反應(yīng)對(duì)細(xì)菌的血行性和上行性感染有防御作用。