感染肺炎支原体后，可引起体液免疫和细胞免疫反应 。 体液免疫应答先出现特异性IgM抗体，然后出现IgG抗体，持续较长时间 。 鼻咽部局部产生的分泌性IgA抗体，能有效地抑制肺炎支原体与呼吸道上皮结合 。 呼吸道IgA抗体比血清中抗体对宿主的免疫状态有更直接关系 。 在感染防御上局部抗体甚为重要 。 局部免疫除IgA外，局部细胞免疫也发挥作用 。 因为初次感染使幼儿致敏，促使再次感染时发生较重的临床表现，表明本病与感染肺炎支原体后机体产生超敏反应的关系 。
病理改变主要为支气管炎、毛细支气管炎及间质性肺炎 。 管壁水肿、增厚、有浸润斑 。 支气管及细支气管内有黏液甚至脓性分泌物 。 镜下所示为急性细支气管炎伴有间质性肺炎 。 肺泡内可见有少量水肿液及巨噬细胞 。 细支气管壁有水肿、充血以及单核细胞和淋巴细胞浸润，腔内可见到中性粒细胞、脱落上皮细胞及细胞残片 。 附近的肺泡间隔内有淋巴细胞及单核细胞浸润 。 重症可见弥漫性肺泡坏死和透明膜病变 。
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