세균과 바이러스는 여러 경로를 통해 생체 내로 확산되는데 크게 네 가지 통로를 통해서 확산됩니다. ①상피 및 상피 아래(subepithelial) 표면에서의 직접적이며 국소적인 확산 ②림프관을 통한 확산 ③혈류를 통한 확산 ④중추 신경계와 말초 신경계를 통한 확산
1) 신체 표면에서의 국소적 확산
일부 바이러스는 전신 확산 없이 상피 표면에서 질병을 일으키기도 합니다. 이러한 감염은 몇 가지 특징을 보입니다. 감염이 국소적으로 나타나며, 외부나 관내강(lumen)으로 직접 바이러스가 분비됩니다. (예:rhinovirus에 의한 호흡기 감염, rotavirus에 의한 소화기 감염)
침입한 바이러스가 상피세포장벽을 벗어나면 이차방어기전인 포식세포에 노출됩니다. 포식세포는 주로 대식세포 (macrophage)계열의 조직구(histiocyte)로써, 포식과정을 통해 포식세포 내로 들어간 바이러스를 포식소포(phagocytic vesicle)의 낮은 pH 및 phagolysosome등의 효소를 이용해 파괴합니다. 그러나 일부 바이러스는 이러한 방어기전을 피하여 대식세포 내에서 증식하기도 합니다.
2)림프관을 통한 확산
포식세포에서 먹혔거나 상피세포 하방에 잠복하고 있는 바이러스 입자들은 상피 아래 및 점막의 림프관에 들어가며 주변의 림프절로 운반됩니다. 림프절은 두 가지 중요한 기능을 담당합니다. 첫째로, 림프계통에 들어온 미생물을 여과하여 제거하는 부위로써 기능합니다. 두번째로 면역반응이 일어나는 부위로써 역할을 합니다.
림프절에 들어간 직후 바이러스는 가장자리동(marginal sinus) 주변에 존재하는 대식세포에 노출됩니다. 바이러스가 포식작용에 의해 포식세포 내에 들어가면 바이러스 항원이 림프구에 전달되어 면역반응이 시작됩니다. 면역반응이 성공하면 바이러스를 퇴치하는 것입니다. 면역반응에 의해 바이러스가 불활성화되면 감염은 사라집니다. 만일 이 시기에 면역반응에 문제가 있으면 대식세포 및 림프구가 오히려 바이러스에 의해 감염될 수 있습니다.
림프절로부터 탈출한 바이러스 입자는 수출(efferent) 림프관 및 흉관을 통해 혈류로 들어갑니다. 대식세포와 림프구는 혈류로부터 림프절로, 또한 반대방향으로 끊임없이 이동하고 있습니다. 따라서 바이러스가 림프절에 존재하는 세포를 해치지 않으면서 감염시킨 경우, 감염된 세포가 바이러스 확산의 매개체 역할을 할 수 있습니다. 때로 바이러스는 림프관 내피세포에 감염된 뒤 증식하며 이는 림프절 및 림프계통에 도달하는 바이러스의 수를 증가시킵니다. 바이러스는 외상(주삿바늘에 의한 상처 및 동물에게 물림)으로 인한 손상을 제외하고는 국소 혈관에 직접 침투할 수 없는 것으로 알려져 있습니다. 이러한 과정은 국소 염증반응을 일으킵니다.
3)혈류를 통한 확산, 바이러스혈증(viraemia)
바이러스가 혈액으로 들어가서 확산되는 것을 바이러스 혈증(viraemia)이라 합니다. 바이러스가 혈관에 도달하면 몇 분 내에 매우 빠르게 효율적으로 확산됩니다. 바이러스가 혈류로 들어갔을 때 나타나는 일차 증상을 일차 바이러스혈증이라 합니다. 바이러스 혈증을 통해 바이러스는 여러 장기에 확산될 수 있으며 이들 장기에서 증식한 후 혈류로 들어가 이차 바이러혈증을 유발합니다. 이차 바이러스 혈증은 일반적으로 일차바이러스혈증보다 더 광범위하며 이때 바이러스는 혈액에서 쉽게 검출됩니다. 자연스럽게 이차 바이러스혈증은 다른 장기의 감염으로 이어집니다.
바이러스는 혈장, 혈액세포 내 또는 이들 모두에 존재할 수 있습니다. 혈장에 존재하는 바이러스는 비교적 쉽게 제거될 수 있으나 백혈구 내 바이러스는 쉽게 파괴되지 않습니다. 만일 바이러스에 감염된 백혈구가 손상을 받지 않으면 바이러스는 백혈구를 통해 전신으로 확산될 수도 있습니다. 장기에 도달한 바이러스가 자리 잡는 것은 바이러스의 혈관내피세포 부착 및 증식능 그리고 세망내피세포계의 포식작용에 의하여 결정됩니다.
4)중추 신경계 및 말초 신경계를 통한 확산
바이러스혈증 시 혈류 내 바이러스는 특정 혈관에 자리 잡게 되어 중추 신경계에 침입합니다. 뇌막 및 맥락총의 혈관에서 뇌척수액을 거쳐 신경조직에 침입(예:mumps virus)하거나 척수 및 뇌의 혈관에서 직접 신경조직으로 침입(예:poliovirus)하는 경우가 있습니다. 염증이 있는 경우 바이러스가 자리잡는 것은 촉진됩니다.
말초신경계는 일부 바이러스의 전파 경로입니다. 바이러스의 확산경로는 광견병(rabies)과 같은 구심성(centripetal)과 단순 포진, 수두 및 대상포진과 같은 원심성(centrifugal)으로 분류됩니다. 이러한 전파유형은 바이러스 혈증에 의한 확산과 비교하여 매우 느리게 병의 기전이 전개됩니다. 말초신경계에서 바이러스는 축삭(axon), 신경내세포(Schwann cell), 신경세포 사이의 결체조직 공간, 신경주위 림프관 이렇게 네 가지 경로를 통해 전파될 수 있습니다.