脑细胞所需的能量几乎完全来自葡萄糖，虽然在缺乏糖供应时脑组织也能利用酮体提供的能量，但酮体生成需要一定的时间，不是抵御急性低血糖的有效保护机制。低血糖时，中枢神经每小时仍需要葡萄糖6g左右，当葡萄糖持续得不到补充，肝糖原耗竭时，就出现低血糖所致的脑功能障碍症状。受累部位一般从大脑皮质开始，顺次波及皮层下中枢（包括基底节）、下丘脑及自主神经中枢、延脑等。其顺序与脑的发育进化过程有关，细胞越进化对低糖越敏感；低血糖纠正后，按上述顺序逆向恢复。低血糖时，脑组织的神经递质代谢、电解质转运和血一脑屏障功能障碍，自由基清除系统的功能损害，谷胱甘肽、谷胱甘肽S转换酶、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶、卜谷氨酰胺转肽酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、线粒体电子转移链复合物（工、Ⅱ、Ⅲ、IV）均有明显变化，呈急性应激性脑损害的病理生理过程。低血糖反复发作或持续时间较长时，中枢神经系统的神经元可变性与坏死，脑水肿伴弥散性出血灶和节段性脱髓鞘，可导致永久性脑功能障碍或死亡。

　　低血糖时，下丘脑的"糖感受器"将信息迅速传递到相关神经元，引起下丘脑CRH、TRH等细胞兴奋，促进CRH、TRH、兴奋性氨基酸神经递质等的释放，从而兴奋垂体一肾上腺轴，糖皮质激素和肾上腺髓质的儿茶酚胺分泌增多，出现交感神经兴奋症状。

　　当血糖下降时，下丘脑的侧区细胞表达的食欲素增多，产生饥饿感和食欲并促进摄食等心理和行为反应。

　　脑功能障碍的表现主要有神志改变、性格变化、虚弱、乏力、认知障碍、抽搐、昏迷等，交感神经兴奋症状主要有肌肉颤抖、心悸、焦虑、出汗、饥饿感等。病人反复低血糖发作，出现这些症状的血糖阈值下降，导致无知觉性低血糖综合征（syndrome of hypoglycemia unawareness，SHU），病人可无前驱症状而迅速进入昏迷状态。SHU是慢性和反复发作性低血糖者无明显临床表现的重要原因之一。