低血糖严重时，若血糖持续低于2.2mmol/L且未及时纠正，数分钟内可出现脑功能障碍（如意识模糊、抽搐），数小时内可能进展为昏迷，超过6小时的严重低血糖可导致不可逆脑损伤，甚至死亡。
神经系统功能障碍。严重低血糖时，大脑因葡萄糖供应不足，首先影响认知功能（注意力、记忆力下降），随血糖降低进展为意识模糊、行为异常，若持续得不到纠正，可能出现昏迷、全身性抽搐，此时脑神经元因能量匮乏开始坏死，尤其是海马体等关键脑区，导致永久性认知功能损害。
心血管系统应激反应。严重低血糖激活交感神经-肾上腺系统，释放肾上腺素、去甲肾上腺素，表现为心率加快（可达120次/分以上）、血压升高，短期内可能诱发心绞痛、心律失常，尤其对合并冠心病的人群，严重低血糖可能成为心脑血管事件的诱因。长期反复低血糖还可能加重血管内皮损伤，增加动脉硬化风险。
内分泌与代谢紊乱。严重低血糖刺激胰高血糖素、肾上腺素等升糖激素分泌，引发“反跳性高血糖”（Somogyi效应），导致后续血糖波动加剧；同时，细胞因无氧代谢增强产生大量乳酸堆积，引发代谢性酸中毒，伴发钾、钠等电解质紊乱，加重心脏、肾脏负担，尤其对肾功能不全者，乳酸清除能力下降，酸中毒风险更高。
特殊人群的高风险表现。老年人因自主神经功能退化，低血糖症状（如冷汗、心悸）常不典型，易直接进入“无症状低血糖昏迷”，且恢复后认知功能（如执行功能、记忆力）恢复困难，跌倒风险增加；儿童严重低血糖若持续超过4小时，可能导致脑白质发育异常，表现为运动协调性差、语言发育迟缓；孕妇严重低血糖（如低于2.0mmol/L）可能影响胎盘血流，导致胎儿宫内缺氧、生长受限，增加早产、低出生体重儿风险；糖尿病患者（尤其是1型或2型长期使用胰岛素者）反复严重低血糖会加速认知功能衰退，增加阿尔茨海默病风险，且可能诱发夜间低血糖后心肌梗死。
长期严重低血糖的慢性损害。即使低血糖被及时纠正，长期频繁严重低血糖发作（如每周≥2次），会导致大脑“代谢记忆”改变，使神经元对葡萄糖的敏感性下降，后续血糖波动时更易出现脑损伤；同时，反复激活的应激激素（如皮质醇）会抑制免疫功能，增加感染风险，尤其对合并免疫缺陷病史者影响更显著。
特殊场景下的致命风险。如糖尿病患者驾车时发生严重低血糖，可能因突发意识障碍直接导致车祸；剧烈运动后未及时补充碳水化合物者，低血糖昏迷若在户外无人救助，超过1小时即可能因脑缺氧致死，此类情况在青少年运动员中需高度警惕。
