(一)發病原因
嗜熱放線菌屬(thermophilic actinomyces)是本病的主要病原菌(包括許多亞型)。國際上多以干草小多孢菌(micropolyspore Faeni)作為標準菌種。此外，常見的還有普通嗜熱放線菌(thermoactinomyces Vulgaris)、白色嗜熱放線菌(thermoactinomyces candidus)、綠色嗜熱單孢菌(thermoactinomyces viridis)。在我國的患者中調查又發現了熱吸水鏈霉菌(streptomyces thermohygroscopicus)是最常見的病原體，并經動物實驗反復驗證其亦是農民肺的致病菌。
嗜熱放線菌在自然界分布甚廣，谷物或稻草(包括甘蔗渣、蘑菇渣、土豆渣以及室內安裝的濕化器或空調器內的灰塵)等潮濕發霉，草堆內溫度可達40℃～60℃，濕度達45%以上，這是此類“嗜熱”放線菌生長的有利條件。
(二)發病機制
吸入一定量的嗜熱放線菌是引起農民肺的致病條件，但在同樣環境中工作時，只有少數人患病，說明其發病與患者的易感因素有關。在農村從事非農業勞動的人口雖亦可能吸入少量病原體，一般只能在血清中發現其有關沉淀素抗體而不發病。
嗜熱放線菌雖然是農民肺的病原體，但在人體37℃時并不能繁殖，患者的痰液中也不易找到或培養出嗜熱放線菌，故一般認為吸入病原的孢子引起的變態反應才是其主要發病機制。放線菌的孢子對有機體是一異種物質，大分子膠體，具有抗原性，吸入后，可刺激機體產生免疫應答(如產生特異性抗體及致敏淋巴細胞)，人即成為致敏機體，當再次吸入同種孢子數小時內即可有變應性肺泡炎或間質性肺炎的臨床表現。現已知Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型變態反應均可參與本病的發生，但一般以Ⅲ型(免疫復合物型)和Ⅳ型(遲發型、細胞免疫型)變態反應為主。
當患者吸入抗原至肺泡后，可刺激機體產生相應抗體(IgG或IgM)，當再次吸入同種抗原時，在肺組織內抗原抗體結合形成免疫復合物。在一定條件下它們可沉積在血管壁基底膜，激活補體C3，釋放過敏毒素，形成具有趨化作用的補體成分，導致細胞在吞噬抗原抗體復合物過程中釋放溶酶體酶，引起炎癥反應，導致組織損傷。抗原在機體內還可與致敏淋巴細胞接觸，產生一系列淋巴因子，直接或間接地使組織受損。此外，嗜熱放線菌還可直接激活補體旁路途徑，損傷肺組織，或產生一些蛋白水解酶導致肺組織炎癥反應。既然是炎癥反應就可能和其他炎癥相似，出現某些細胞因子或介質的異常，例如有報道認為白介素-2(interleukin-2)、γ-干擾素、黏附分子-1就可能是農民肺發病和淋巴細胞性肺泡炎存在的因素。目前有關這方面的研究尚不多，有待進一步研討。
大約有10%的農民肺患者出現支氣管哮喘癥狀，顯示有I型變態反應的參與。
農民肺以形成巨噬細胞性肉芽腫和肺間質纖維化為特征。這種肉芽腫僅限于出現在呼吸系統，故有別于其他全身性肉芽腫。
根據我們對本病患者尸檢、肺活檢及動物實驗結合參考文獻認為嗜熱放線菌的孢子壁是一種較難溶解的顆粒，在肺泡內呈布朗運動或隨呼吸運動而黏附在肺泡內表面，此時在病人的支氣管灌洗液及血清中可溶性細胞間黏附分子-1(ICAM-1)表達增加。這些顆粒被肺泡巨噬細胞吞噬，充填在肺泡腔內，借助呼吸運動和表面活性物質的作用，從呼吸細支氣管向終末細支氣管轉運，經氣道清除于體外，直徑更小者在黏附后可通過肺泡上皮的胞飲作用，形成含塵胞飲泡(dustfilled pinocytotic)穿越細胞進入肺泡間質而損傷肺泡上皮細胞和基底膜，暴露肺泡間隔，使肺泡間隔巨噬細胞、淋巴細胞游出，接觸嗜熱放線菌孢子而誘導免疫反應。病變組織內可見免疫復合物和C3沉積。在免疫復合物通過經典途徑激活補體順序反應過程中，產生一系列生物活性物質而引起肺組織損傷，或者抗原激活補體旁路和肺巨噬細胞而引起肺組織炎癥，少數可見嗜酸性粒細胞。致敏的淋巴細胞可以釋放多種淋巴因子，特別是巨噬細胞趨化因子和激活因子，使巨噬細胞在局部聚集，吞噬活性增強，在消化過程中釋放溶酶體酶，損傷局部肺組織，釋放纖維化因子，促進成纖維細胞的增生和膠原增多，偶有血管炎改變。
急性期病變主要是肺泡間隔充血、水腫，有較多的單核巨噬細胞和少量中性粒細胞浸潤，并可形成巨噬細胞或類上皮細胞性肉芽腫，分布于細支氣管壁、肺泡間隔和肺泡腔內。電鏡下可見Ⅱ型肺泡細胞增生，開始對肺泡損傷進行修復。急性期如不能及時治愈，又反復接觸抗原和發作，遷延不愈則轉為慢性期。此時肺內有小瘢痕灶形成，肺泡間隔呈纖維性增生，尚可有肉芽腫存在。肺彈性減退，質硬，肺容積顯著縮小，胸膜增厚，肺門淋巴結常呈慢性炎癥反應。肉芽腫是Ⅳ型變態反應的表現，到纖維化晚期可能消失。瘢痕灶和肺間質纖維化是其結局。瘢痕灶周的肺泡擴張、融合，形成灶周肺氣腫，并可發生阻塞性通氣障礙。以上病變破壞了肺泡的氣-血屏障結構，而致呼吸功能不全。肺血管炎癥病變和缺氧可引起肺循環阻力增加，右心室發生代償性肥大，形成肺源性心臟病。
