西医认为白血病病理变化是白血病细胞的增生和浸润为本病的特异性病理变化，主要发生于造血组织，如骨髓、脾、肝及淋巴结，并可累及全身组织。可发生出血、组织营养不良和坏死：出血部位可遍及全身，以皮下、口腔、鼻腔为常见。致命出血如颅内、消化道或呼吸道感染，以细菌和真菌为多见。各系统的病理变化如下：
1 皮肤：皮肤损害以紫斑最多见。也可有较广泛或局部的浸润。
2 造血系统：由于白血病细胞浸润，骨髓一般呈红髓高度增生，长骨中的黄髓可被红髓代替，淋巴结、肝脾肿大。
3 一般白质部的病变多于灰质部。常见的病变有：白血病细胞在体内堆积，血管周围白细胞病细胞浸润，白血病细胞结节状增生，白血病细胞弥漫性浸润、出血，神经组织变性坏死及胶质细胞增生。脑组织内的出血病变以浸润灶周围出血的形式最常见。神经组织可见变性，坏死，以及白质软化，伴神经胶质细胞弥漫性增生。软脑膜在粒细胞白血病可有不同程度的浸润和水肿，并引起脑脊液增高。
4 眼：白血病的眼底变化很常见，以视网膜静脉的改变、视网膜出血及“渗出”斑为多见。
5 口腔、耳鼻喉：口腔可见齿龈肿胀出血、口腔溃疡及咽痛；鼻粘膜可见炎症、糜烂、破溃，并引起反复大量鼻衄；副鼻窦可继发感染；耳部病变主要有出血，浸润和继发感染。
6 消化系统：上自食管下至直肠皆可发生病变，而以胃及小肠最为显著。其病变包括白血病细胞浸润、出血及继发感染。
7 呼吸系统：气管及支气管旁淋巴结肿大可导致管腔狭窄。继发性支气管炎及支气管粘膜糜烂，也较常见。肺组织可见广泛而不规则的出血、肺泡中浆液渗出、粟粒样白血病细胞浸润和继发感染。有时尚可见肺多发性、出血性梗死。胸膜因浸润而增厚或纤维组织增生，有时可发生血性胸水。淋巴细胞白血病发生胸水的机会较粒细胞白血病多见。
8 心血管系统：心肌、心内膜、心外膜均可见浸润。可见心肌纤维萎缩，希氏束损害，心内膜及心外膜出血。血管病变主要在小血管与毛细血管，可见扩张、出血及血栓形成。
9 中枢神经系统：80%左右的白血病患者有较明显的中枢神经系统病变。其中以大脑病变为多见，其次为基底核、脑干，小脑，延髓有时也可累及。
10 其他：骨骼、关节、肌肉、肾脏、睾丸和卵巢，均可发生白血病细胞浸润。
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