急性肾盂肾炎时肾脏因周围脂肪水肿而增大，肾被膜薄而透明，或有脓性物质浸润，切面上看不清皮质与髓质的分界，可见许多微小的脓肿。肾盂肾盏扩大，壁增厚，粘膜充血，有炎症性或溃疡性病变。镜下可见肾实质内有白细胞浸润的弥漫性或点状炎症、水肿和小出血区域，当炎症严重时肾小管上皮剥落，肾小球一般较少受损。
慢性肾盂肾炎的肾脏，因病情和病程不同，可以正常或缩小。肾包膜苍白，不易剥落；肾外表因疤痕收缩而凹凸不平，呈大小不等的结节状；肾乳头处有疤痕收缩，肾盏呈钝性扩张；肾实质萎缩，皮质与髓质有时分界不清；肾盂粘膜苍白和纤维化。镜下可见肾实质内有浆细胞和淋巴细胞广泛浸润，部分肾实质被纤维组织所代替。早期肾小球尚正常，肾小管萎缩，管腔内有时可见白细胞和透明管型。叶间动脉和弓状动脉壁变厚，管腔变窄导致肾疤痕形成。
绝大多数尿路感染病人不会发展到慢性萎缩性肾盂肾炎(chronic atrophic pyelonephritis)。造成严重肾实质损害的先决条件是肾感染与排尿障碍的各种因素同时存在，因此，持续或反复发作的肾盂肾炎，如无排尿障碍因素，可出现急性肾盂肾炎症状及体征，但罕有导致终末期肾脏病变。
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