人体的神经系统以葡萄糖作为其主要的能量来源。在正常的情况下，大脑不能合成或贮藏葡萄糖，而且对低血糖非常敏感，因此低血糖对机体神经系统的影响最大。由上图可见，当血糖低于4.6毫摩尔/升时，机体内源性胰岛素分泌受到抑制；而当血糖低于3.8毫摩尔/升时，胰岛素拮抗激素开始分泌。当血糖在3.2～2.8毫摩尔/升时，开始出现交感神经和神经缺糖的症状如饥饿、软弱、乏力、出汗、心悸心慌、肢体颤抖等临床症状。血糖在3.0～2.4毫摩尔/升时，开始出现神经生理功能方面异常表现如唤起反应不正常、认知功能异常如不能完成复杂工作，可伴有广泛的脑电图改变。当血糖低于1.5毫摩尔/升时，可出现严重的神经缺糖症状如意识改变、惊厥（俗称抽风）、甚至昏迷等。
在低血糖的早期阶段，机体的调节反应包括刺激交感神经以及肾上腺髓质释放儿茶酚胺，尤以肾上腺素分泌增加为主。肾上腺素的作用在于刺激胰高糖素而增加肝脏葡萄糖的输出，从而纠正低血糖，而肾上腺素还可与心脏、血管上的受体结合，引起周围血管收缩、心动过速、心律失常、多汗等临床症状。
在低血糖的晚期阶段，即血糖低于2.5毫摩尔/升时，大脑葡萄糖的供给不足，可出现一系列精神神经症状，称之为神经缺糖。最初表现为大脑皮质功能受抑制症状，如意识矇眬、定向力障碍（病人不知道自己处在什么地方）、精神异常、言语不清、嗜睡、震颤等；进一步发展可出现皮质下中枢功能受损的症状，如神志不清、骚动不安、阵挛性与舞蹈样动作，甚至惊厥、严重昏迷、去大脑强直状态等。
人体在正常情况下因规律而定期的进食，所以即使在空腹状态下，血糖水平仍能维持在3.3～8.9毫摩尔/升（60～160毫克/分升）范围内，为保证神经系统功能的完整提供了相对稳定的血糖水平。正常人一般不会发生低血糖，但是在剧烈运动后未及时进食、空腹时间延长以及妊娠等生理情况下可出现血糖低于正常的水平，此时的低血糖均为一过性，而且症状较轻，机体能通过低血糖的调节机制而纠正低血糖。
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