Bartonella préfère les cellules qui tapissent les vaisseaux sanguins, appelées cellules endothéliales. Les bactéries à l’intérieur de la paroi du vaisseau créent une inflammation et un dépôt de fibrine, ce qui entraîne un rétrécissement du vaisseau où circule le sang. Le rétrécissement des vaisseaux sanguins réduit le flux sanguin et l’apport d’oxygène aux organes et aux tissus. La diminution de l’oxygène provoque des lésions tissulaires et entraîne une perte de fonction des cellules, ce qui contribue à l’apparition des symptômes. Les tissus qui reçoivent le sang de petits vaisseaux comme les capillaires sont les plus exposés.

Le système nerveux central – en particulier le cerveau – est sensible à la diminution de l’apport d’oxygène. La matière blanche du cerveau ne bénéficie pas d’une circulation collatérale, de sorte que les symptômes neurologiques se manifestent dès le début de l’infection par Bartonella. Des symptômes tels que les troubles cognitifs, le syndrome de déconnexion, une mauvaise fonction exécutive (décisions, planification), une diminution de la mémoire de travail, une vitesse de traitement retardée et des sautes d’humeur sont associés à la maladie des petits vaisseaux causée par la Bartonella.