主要致病物質為莢膜、菌毛、內毒素和lgA蛋白酶等。其中莢膜是主要毒力因子，具有抗吞噬作用；菌毛具有黏附和定植於細胞的作用；內毒素為脂寡糖，致病作用尚不清楚；致病力強的流感嗜血杆菌產生lgA蛋白酶，能分解破壞slgA。
細菌經呼吸道入機體，在入侵局部繁殖並侵入血流，隨血流到達其他器官導致疾病。所致疾病分為原發性與繼發性感染兩類。原發性（外源性）感染多為有莢膜的b型菌株所致，多見於5歲以下嬰幼兒，尤以1周歲左右發病率最高。臨床上表現為急性化膿性感染，如腦膜炎、鼻咽炎、咽喉會厭炎、關節炎、心包炎等。本菌引起的急性咽喉會厭炎是一種進行性咽喉和會厭的蜂窩組織炎，常因氣道阻塞而有生命危險。繼發性（內源性）感染常繼發於流感、麻疹、百日咳、結核等病後，由寄生於呼吸道的無莢膜菌株感染所致。臨床類型有慢性支氣管炎、中耳炎、鼻竇炎等，多見於體質衰弱的成人或老年人。
流感嗜血杆菌為胞外寄生菌，感染後患者能產生抗莢膜多糖抗體，可增強吞噬細胞的吞噬作用，並能活化補體產生溶菌作用，抗外膜蛋白的抗體也有促進補體的調理作用。
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