大肠杆菌正常情况下可于人、畜肠道中存在，并不致病。但其中有某些菌株在一定条件下，可引起食物中毒，这些菌株即称为致病性大肠杆菌。过去曾将此类大肠杆菌称为“条件性致病大肠杆菌”，现已不用。由于致病性大肠杆菌在环境中存在广泛，室温下可生存数周，所以带菌者的手、在不洁环境中制备或存放的食品、饮用水以及各种餐具炊具均可被其污染。如条件适宜，即可大量繁殖并引起食物中毒。
病原体 大肠杆菌是人类和哺乳类动物肠道中的正常菌丛。当机体抵抗力下降或大肠杆菌侵入肠外组织、器官时可引起肠外感染。有些血清型大肠杆菌可引起肠道感染。可引起腹泻的大肠杆菌，按其致病机理不同可分为三类：
(1) 肠致病性大肠杆菌： 是婴儿腹泻的主要病因，可引起小儿肠炎的流行，也有引起成人食物中毒的报道。其主要血清型有17个：O18，O20，O25，O26，O28，O44，O55，O86，O111，O112，O114，O119，O125，O126，O127，O128，O142。这类细菌不产生肠毒素，其致病机理不清。
(2)肠侵袭性大肠杆菌： 可侵袭肠壁上皮细胞，引起类似痢疾样腹泻，其某些菌型的抗原与志贺菌有共同抗原，易被误诊为细菌型痢疾。其血清型有8个：O28ac、O112ac、O124、O136、O143、O144、O152和O168。
(3) 肠产毒素性大肠杆菌： 这类细菌可产生两种肠毒素，一种是不耐热肠毒素(简称LT)，60℃10min即可破坏，一种是耐热肠毒素(简称ST)，100℃30min不被破坏。肠产毒素性大肠杆菌有的只产生一种肠毒素，有的可产生两种肠毒素。肠毒素是婴幼儿和成人腹泻的主要病因。不耐热肠毒素和霍乱肠毒素有共同抗原，但又各有其固有抗原而又不完全相同。大肠杆菌产生肠毒素的能力由质粒传递。产肠毒素性大肠杆菌进入肠道后，可使肠道内原来不产生肠毒素的大肠杆菌获得产生肠毒素的能力。
大肠杆菌具有O、K、H三种主要抗原和菌毛。K抗原又分A、B、L三种型别。表示大肠杆菌血清型的方式是O、K、H，如O8：K25：H9，表示该菌株O抗原为8 ，K抗原为25，H抗原为9。K抗原有抗吞噬作用，有抵抗抗体和补体的作用。菌毛可使细菌粘附于粘膜表面。肠产毒素性大肠杆菌的这种纤毛样表面抗原又称群集繁殖因子抗原(下称CFA)包括CFAI和CFAII。CFA由细菌质粒控制，通过质粒可传递给其他菌株。
引起食物中毒的食品 家畜家禽是致病性大肠杆菌的储存宿主，家畜猪、牛、羊的带菌率一般于10%以上。病畜肉尸、内脏带菌率高达20～30%。健康儿童、成人带菌率一般为2～8%。腹泻病人带菌率可高达20～30%。水源污染、水系污染可引起致病性大肠杆菌食物中毒的爆发。熟肉、点心、剩饭被该菌污染，在20℃以上高温下存放，可大量繁殖，也可引起食物中毒。牛奶该菌带菌率为1%左右。带菌人的手、生活用品均可传布该菌。致病性大肠杆菌在室温下可生存数周，在水和土壤中可生存数月。
发病机理 由带菌食物经口摄入1～2亿个致病性大肠杆菌活菌可引起食物中毒。临床表现有急性胃肠炎型和菌痢型。
(1) 急性胃肠炎型： 肠产毒素性大肠杆菌可引起急性胃肠炎型食物中毒。该菌致病力受两种因素影响，一种为细菌的菌毛，对小肠粘膜表面具有粘附能力，并可在小肠内壁繁殖。另一种为细菌可产生不耐热和耐热两种肠毒素。不耐热肠毒素引起腹泻的发病机理如下： 肠产毒素性大肠杆菌随食物被摄入，未被胃液杀死的活菌进入小肠，于肠粘膜上皮细胞表面生长、繁殖并释出不耐热肠毒素。肠毒素与小肠粘膜上皮膜表面的受体，即神经节苷脂相结合。肠毒素的毒性部分进入肠粘膜上皮细胞膜的里面，激活细胞浆中腺苷酸环化酶，在该酶的催化下，细胞浆中的三磷酸腺苷脱去两个磷酸成为环磷酸腺苷。由于上皮细胞内环磷酸腺苷量增加，引起上皮细胞通透性增强，并促进上皮细胞特有的酶类反应亢进，导致上皮细胞分泌大量氯离子和水分，引起肠道分泌增加造成腹泻。
耐热肠毒素引起腹泻的发病机理是： 肠产毒素性大肠杆菌在小肠内释放出耐热肠毒素，该毒素部分进入肠粘膜上皮细胞内，激活胞浆中的鸟苷酸环化酶。在该酶的催化下，上皮细胞浆中的三磷酸鸟苷脱去两个磷酸成为环磷酸鸟苷，由于上皮细胞内环磷酸鸟苷含量增加，引起上皮细胞通透性增强，从而使肠腔潴留大量水分和电解质，而引起腹泻。
(2) 菌痢型： 肠侵袭性大肠杆菌随食物被摄入，未被胃液杀死的活菌附着并侵入肠粘膜上皮细胞，在上皮细胞里繁殖，然后侵入粘膜固有层。回肠和结肠有明显病变。粘膜和粘膜下层呈炎性浸润，回肠绒毛缩短变平，上皮细胞局部剥脱，杯状细胞数减少。该菌可使豚鼠发生角膜炎，故可用此法检测大肠杆菌侵袭力。
临床表现 (1)急性胃肠炎型：潜伏期一般为10～24h，最短4～6h，最长为48h。主要症状为食欲不振，腹泻(一日5～10次)，呕吐。大便水样，伴粘液，但无脓血。发热38～40℃。有时出现嗜眠。脱水严重时发生循环衰竭。经静脉补液可迅速恢复健康，这是与霍乱的明显区别。粪便检查白细胞数正常。
(2)急性菌痢型： 主要症状为腹痛、腹泻、里急后重。少数患者出现呕吐。黄色水样便，伴粘液脓血。体温38～40℃，持续3～4d。粪便检查可见多数白细胞。病程7～10d，预后一般良好。
诊断 根据临床表现、饮食史、粪便检查，可作出临床诊断。病原诊断须进行细菌和血清检查。对病人的粪便、呕吐物、可疑食物进行细菌检验。粪便可含有大量大肠杆菌，但无沙门菌、痢疾杆菌。对大肠杆菌应进行血清学鉴定，血清检验需进行肥达试验。取病人发病后第一周和第二周血清，与从粪便分离出的菌株作肥达氏试验，凝集价1∶100为可疑，1∶200以上为阳性。为了查明大肠杆菌产生肠毒素的能力和肠毒素的种类，须测定肠毒素。肠毒素的检验方法：
(1) 不耐热肠毒素检查方法：①家兔肠襻试验(肠管结扎封闭试验)：取体重2kg左右的健康家兔，用乙醚麻醉后剖腹，取出回肠，用外科丝线将10cm长的回肠结扎一段，间隔2cm处再结扎一段。每只家兔结扎6～10段。将大肠杆菌培养物上清液通过滤膜除菌，取1～2ml滤液注入每个结扎肠段。每只家兔取两个对照肠段(仅注入磷酸缓冲液1～2ml)。然后将回肠送入腹腔，作腹腔缝合。滤液注入后经18～24h将家兔处死 (静脉注入苯巴妥)。剖腹取出回肠。测量每个结扎肠段内的液体潴留量和排空后肠腔的长度。从试验肠段中的液体量减去对照肠段中的液体量，计算出试验肠段较对照肠段多潴留的液体量V(ml)，肠腔的长度L以cm计算，计算V/L的比率，求出每cm肠腔内潴留的液体量。V/L>1者为阳性反应，表示该菌株可产生不耐肠毒素。V/L比率最大可达2～2.5。中国地鼠卵巢细胞呈卵圆形。经不耐热肠毒素作用后，卵巢细胞由卵圆形变成纺锤形。对中国地鼠卵巢细胞在37℃下观察24h(用显微镜观察染色标本)，计算变成纺锤形细胞的比例，作为不耐热肠毒素活性的指标。20%以上细胞变为纺锤形为阳性，10～20%为可疑，10%以下为阴性。③小鼠肾上腺Y-1(腺瘤)细胞组织培养法：不耐热肠毒素可使Y-1腺瘤细胞由纺锤形变成圆形。用本法可测定不耐热肠毒素的作用程度。④反向被动血凝反应：不耐热肠毒素和霍乱肠毒素有部分共同抗原，利用微量霍乱肠毒素测定法可测定微量不耐热肠毒素。本反应可测定出20pg的霍乱肠毒素，也能测定微量的不耐热肠毒素。
(2)耐热肠毒素检验方法：乳小鼠胃内接种试验：将大肠杆菌培养物的上清滤液注入生后3～4d的乳小鼠胃内，4h后测定含有潴留液的小肠重量和去掉小肠的乳鼠体重。计算小肠重量同去掉小肠的乳鼠体重比率(小肠重量÷去掉小肠的体重)。该比率于0.09以上为阳性反应，0.05～0.06为阴性反应。
治疗 病情轻者，不经治疗可自愈。有脱水症状时须静脉补液。急性菌痢型病例应选用抗生素和能杀灭大肠杆菌的磺胺与磺胺增效剂联合疗法。庆大霉素、抗敌素E、新霉素、卡那霉素和氨苄青霉素均有疗效。庆大霉素可为首选药物。
预防措施 ①致病性大肠杆菌食物中毒是由于食用带有大量活菌引起。防止食物带菌是预防关键。病畜病禽的肉及内脏带菌较高，须经高温彻底杀灭该菌。肉类内脏煮熟后须防止污染，仅可在10℃以下短时间存放。②带菌人和腹泻病人是主要传染原。炊事员、食品企业工人患急性腹泻时，应及时进行治疗，在治愈前可从事不接触食品的工作。③加强水源卫生防护，防止水系污染该菌。④酸牛奶、酱油、点心、凉拌菜，在食用前不再加热，需严格防止污染。