精索静脉曲张可以造成睾丸生精功能损害，精子活力下降，数量减少，精子形态异常，但对该病的发病机理至今尚无定论。一些学者从解剖学和血流动力学方面对本病的发生进行解释，主要有如下几点。
(1)精索内静脉瓣异常或缺乏。由于肾静脉压力高于精索内静脉压力，若精索内静脉瓣异常或缺乏或功能不全，则导致血液返流而使精索静脉的蔓状静脉丛发生淤血曲张。
(2)精索静脉曲张约90%发生在左侧，这可能是由于左右两侧睾丸静脉回流的机制不同。
左侧睾丸静脉回流入左肾静脉，而右侧的睾丸静脉直接回流入下腔静脉。左侧精索静脉较右侧精索静脉的静脉瓣缺如发生率高，左肾静脉可在肠系膜上动脉和主动脉之间受到压迫，这称为“胡桃钳”现象，而导致左睾丸静脉回流压力升高。单纯右侧精索静脉曲张不常见，若发生应注意排除存在静脉血栓和下腔静脉梗阻。大约10%的患者为双侧精索静脉曲张。左侧精索内静脉较长且流向左肾静脉，它是以直角的方式与左肾静脉相联接。左肾静脉压力高，人体的直立位使得这种回流更加困难，继而导致精索静脉曲张。
(3)蔓状静脉从本身发生病变，从而致其张力降低，引起精索静脉曲张。
总之，由于病因与循环障碍的长期存在构成可恶性循环，同时附睾血液循环导致附睾结构和功能障碍，加上精索静脉曲张，使睾丸温度调节异常，睾丸温度升高从而导致精子发育障碍引起不育如治疗不及时，病变长期存在，终因曲细精管基底膜，血管屏障受损而导致不可逆性不育。
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