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また、重要臓器が傷害されると呼吸不全、腎不全、肝不全といった、いわゆる多臓器障害症候群（ＭＯＤＳ）を併発することもあります。原因菌が大腸菌などのグラム陰性菌であると、菌の産生した内毒素（エンドトキシン）によってエンドトキシンショックが引き起こされ、血液の代謝性アシドーシスと呼吸性アルカローシスの混合性酸塩基平衡異常を来します。

欧米では全身性炎症反応症候群（ＳＩＲＳ）という概念が提唱され、敗血症は感染が引き金となったＳＩＲＳと定義されています。なお、 傷口などから細菌が血液中に侵入しただけの状態は菌血症と呼ばれ、敗血症と区別されます。菌血症は症状が現れないことが多く、生命にかかわることもありませんが、菌血症の状態から細菌が急に増え出し、循環器系を通って体中に毒素をまき散らすと敗血症が起こります。