百日咳脑病是由于百日咳杆菌侵犯了呼吸道后，在黏膜层的上皮细胞内繁殖并产生百日咳毒素，聚集于呼吸道内刺激神经末梢，引起剧烈的痉挛性咳嗽。痉咳严重时可以影响血液循环、血管痉挛，会使脑组织供血障碍发生脑缺氧，脑细胞会充血、水肿甚至会导致脑出血，称之为百日咳脑病。所以百日咳患儿在痉咳期，如果出现了严重的缺氧及中毒性表现，如高热、呕吐、抽搐、意识障碍等，说明小儿已经并发了百日咳脑病，已经发生了脑损伤和脑水肿，如果继续发展甚至可以发生脑疝而危及生命，需要及时纠正缺氧、降低颅压。百日咳免疫球蛋白可以减轻痉咳，从而预防脑病的发生。