核黃疸是本病的主要并發(fā)癥，早在1904年，Schmorl對1例因重癥黃疸而死亡的新生兒進行尸解就發(fā)現其腦基底核被黃染，并首次命名為核黃疸(kernicterus)。此種黃染物質經分析確定為未結合膽紅素。它能導致神經細胞的中毒性病變，故又稱膽紅素腦病(bilirubin encephalopathy)。
膽紅素腦病最明顯處是腦基底核，呈鮮亮黃色或深黃色;其他部位如海馬溝、視丘、視丘下核、蒼白球、殼核、頂核、尾狀核、腦室核、小腦小葉和脊髓前角等均呈淡黃色;小腦、延腦、大腦半球的白質和灰質也可受影響，但更輕淡些。
基底核神經細胞在新生兒期在生理及生化代謝方面最活躍。耗氧量及能量均需要最大。故基底核最易受損。膽紅素進入腦細胞后可能使腦細胞的線粒體氧化的偶聯作用脫節(jié)，因此腦細胞的能量產生受到抑制，使腦細胞損害。
1.新生兒膽紅素腦病與血-腦屏障的成熟度 完整的血-腦屏障具有柵欄作用，可限制某些物質(如膽紅素等)進入中樞神經系統(tǒng)，所以對腦組織有保護作用。但當缺氧、感染、低血糖及酸中毒等的影響，其通透性有所改變，屏障作用就受到破壞，即所謂血-腦屏障開放。此時不僅游離膽紅素可進入腦組織，而且與白蛋白聯結的未結合膽紅素也可進入。某些藥物可影響血-腦屏障，尤當新生兒期血-腦屏障不夠成熟，胎齡不足的早產兒更是如此。生后頭幾天新生兒血-腦屏障的通透性較大，膽紅素易于透過，因此可認為新生兒血-腦屏障未成熟而易于發(fā)生核黃疸。
2.游離膽紅素梯度 未結合膽紅素(UCB)系脂溶性，它與富有腦磷脂的神經細胞有親和力。當UCB與白蛋白聯結成為復合物后，因分子量大，一般情況下不能通過血-腦屏障。但不與白蛋白聯結的UCB可通過，進入中樞神經細胞引起膽紅素腦病。凡能使血清游離膽紅素濃度增高的因素，如：
①UCB濃度過高;
②白蛋白含量過低;
③存在競爭奪取白蛋白上聯結點的物質均可導致膽紅素腦病。血與腦游離膽紅素梯度愈高，則其進入腦的量愈多，膽紅素腦病的發(fā)生率也愈高。
3.膽紅素濃度 足月新生兒當無其他并發(fā)癥時，其總膽紅素濃度在307.8～342.0μmol/L(18～20mg/dl)以下時很少會發(fā)生膽紅素腦病。當總膽紅素>342.0μmol/L(20mg/dl)時就有可能導致部分新生兒發(fā)生膽紅素腦病。未成熟兒的總膽紅素濃度為256.5μmol/L(15mg/dl)或更低時就可能發(fā)生膽紅素腦病。
4.膽紅素腦病與其他因素 某些高危因素可能直接或間接地促成膽紅素腦病。如早產兒腦底神經核需氧多，代謝率高，當膽紅素通過血-腦屏障后就易受影響。早產兒血清白蛋白含量偏低，致使膽紅素與白蛋白的聯結點減少;又如窒息缺氧、感染性腦膜炎、酸中毒及低蛋白血癥等可減少膽紅素與白蛋白的聯結量;藥物、饑餓及低血糖等可奪取聯結點而降低血-腦屏障的保護作用。在處理新生兒高膽紅素血癥時，應及時考慮這些因素對血-腦屏障功能的影響。
5.臨床分期 有人將進行性出現的神經癥狀分為4期
第1～3期出現在新生兒期，第4期在新生兒期以后出現。
第1期——警告期：足月兒常在出生后2～5天出現，早產兒7天出現骨骼肌張力減退，嗜睡及吸吮反射減弱、呼吸暫停、精神萎靡、嘔吐、四肢舞動、低熱、擁抱反射消失等非特異性癥狀。北京兒童醫(yī)院報道病例中大都有黃疸突然明顯加深，但肌張力減退不易發(fā)現。
第2期——痙攣期：主要特點為痙攣、角弓反張和發(fā)熱，尖叫，呼吸困難，心動過緩。北京兒童醫(yī)院以痙攣的出現作為進入第2期的特征。輕者僅有眼直、凝視、為時很短;較重者兩手握拳，雙臂伸直，外展強直;重者頭向后仰、角弓反張，抽搐后肢體出現弛緩。痙攣程度輕或重，時限長或短，對診斷同樣有意義。發(fā)熱常出現于第2期初，與痙攣并存者占80%。
第3期——恢復期：大都始于出生后第1周末，首先是吸吮力和對外界反應漸恢復，繼而呼吸好轉，痙攣漸減或消失。
以上各期持續(xù)的時限，第1期12～24h，第2期12～24h，最長48h，若病情好轉，則進入第3期，約需2周之久。各期時限可隨病情輕重而變，輕者可停止于第1期，數天后漸好轉，重者在第1期內就可死亡。
第4期——后遺癥期：凡未予治療或病情發(fā)展及癥狀出現緩慢的患兒，日后仍可出現后遺癥，但某些后遺癥狀經2～3個月以后似可逐漸恢復，其預后尚難肯定。經長期觀察發(fā)現在第1年中可有角弓反張、肌張力增加及不規(guī)則抽搐或驚厥等漸趨向恢復;第2年間發(fā)現角弓反張可繼續(xù)減輕，部分患兒仍有不規(guī)則、不自主的抽搐，肌張力增加或減低(軟癱);第3年可能上述所有神經癥狀雖仍存在，包括肢體不自主舞蹈樣手足徐動、語言發(fā)音困難、高頻率失聽性聽覺障礙，眼球上轉困難或斜視，錐體束癥狀有肌張力減低和共濟失調等均可逐漸好轉，部分患兒僅有輕度或中度的神經肌肉功能不協調、耳聾或輕微腦功能障礙，可單獨或同時存在，直到患兒上學時才消失，智能發(fā)育和運動障礙可能平行出現。
上海市835例分析一文中，有膽紅素腦病后遺癥者48例，除表現有四聯癥外，尚有智力落后，抽搐或陣攣、抬頭乏力及流涎等癥狀。