主要病理改变是脂肪细胞的数目增多、体积增大。若肥胖起病在脂肪细胞数目快速增殖期，即胎儿出生前3个月、出生后第1年和青春期，其病变以脂肪细胞数目增多为主。若肥胖起病在脂肪细胞非快速增殖期，其病变以脂肪细胞体积增大为主。前者比后者治疗更困难，且易复发。
肥胖患者对环境温度变化的应激能力降低，血脂水平增高。男性患者的雄性激素水平可降低，女性患者的雌激素水平可增高。
小儿肥胖可能是成人肥胖症、高血压、冠心病、糖尿病的先驱症。
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