Ensefalopati mitokondria, asidosis laktat dan sindrom stroke (MELAS), terjadi ketika asam deoksiribonukleat mitokondria (DNA) mengalami mutasi, menyebabkan produksi energi yang tidak mencukupi dalam sel. Pasien dapat memperoleh sindrom tersebut, tetapi kelainan ini sering diturunkan dari ibu. Usia onset bervariasi, dengan pasien menunjukkan gejala sejak usia tiga bulan, sementara yang lain tidak mengalami masalah sampai melewati usia 60 tahun. Namun, kebanyakan individu yang memiliki sindrom menunjukkan gejala sebelum usia 20 tahun. Karena semua sel tubuh mengandung mitokondria, gejala sekunder dari sindrom ini dapat terjadi di mana saja di tubuh, tetapi umumnya merupakan masalah multi-sistem.
Sel biasanya mengandung ratusan hingga ribuan organel yang dikenal sebagai mitokondria. Struktur menghasilkan energi melalui rantai transpor elektron, yang mensintesis protein menjadi adenosin trifosfat (ATP). Mutasi DNA yang terjadi di mitokondria mengganggu berbagai komponen rantai ini, menghambat pembentukan ATP. Pasien yang didiagnosis dengan ensefalopati mitokondria umumnya memiliki mitokondria yang mengandung DNA normal dan lainnya dengan DNA yang bermutasi. Dalam upaya untuk mengimbangi produksi energi yang tidak mencukupi, mitokondria abnormal bereplikasi menjadi lebih banyak mitokondria, yang juga mengandung mutasi genetik.
Sitopati mitokondria juga memicu kompensasi untuk produksi energi yang tidak mencukupi dengan menggunakan proses metabolisme lainnya. Tubuh umumnya mensintesis glukosa menjadi piruvat dan asam laktat selama latihan, tetapi pada ensefalopati mitokondria, proses ini terjadi saat istirahat, menyebabkan asidosis laktat. Kurangnya energi seluler yang cukup dikombinasikan dengan produk sampingan dari proses metabolisme menghasilkan akumulasi racun, yang menyebabkan kerusakan dan kehancuran sel. Para peneliti juga menemukan bahwa pasien menunjukkan jumlah kalsium intraseluler yang tidak normal, menyebabkan peningkatan rangsangan membran seluler.
Organ dan sistem yang paling terpengaruh oleh sindrom ini adalah yang membutuhkan energi paling banyak. Pasien umumnya mengalami gejala yang mempengaruhi sistem saraf pusat, jantung dan otot rangka. Pankreas, hati, dan ginjal juga dapat terpengaruh.
Gejala sistem saraf pusat yang terkait dengan ensefalopati mitokondria termasuk demensia, kejang, dan kelainan seperti stroke yang terjadi sebagai akibat dari pembentukan lesi di otak. Sindrom ini juga dapat mempengaruhi saraf sensorik, menyebabkan kebutaan atau tuli. Kerusakan atau kerusakan jaringan saraf dan otot, biasanya menyebabkan hilangnya tonus otot, spastisitas, dan gerakan tubuh yang tidak normal. Sel-sel yang terkena di jantung dapat menyebabkan gangguan konduksi, yang menyebabkan detak jantung tidak teratur. Keterlibatan pankreas sering menyebabkan diabetes.
Sindrom Leigh, berbagai miopati mitokondria yang juga dikenal sebagai ensefalomielopati nekrotikans subakut, menyerang anak-anak berusia 3 hingga 12 bulan dan sering muncul setelah infeksi virus. Selain mempengaruhi sistem saraf pusat dan jaringan otot, gangguan ini biasanya melibatkan sistem jantung dan pernapasan. Anak-anak kecil yang menderita penyakit ini sering meninggal pada usia tiga tahun karena gagal jantung atau pernapasan.
Spesialis mendiagnosis ensefalopati mitokondria menggunakan studi pencitraan, tes darah dan cairan tulang belakang, dan studi seluler. Magnetic resonance imaging (MRI) biasanya mengungkapkan lesi tipe infark, atau jaringan mati, yang tidak terkait dengan struktur vaskular. Lesi biasanya berkembang lebih sering di bagian belakang otak. Kelainan pada darah dan cairan tulang belakang umumnya meliputi peningkatan kadar asam amino alanin dan asam laktat. Sel-sel yang diambil dari otot memperlihatkan serat-serat merah yang tampak compang-camping.
Sampel sel yang diperoleh dari dalam mulut dan kulit umumnya mengandung mitokondria dengan DNA yang rusak. Dokter biasanya merawat pasien secara individual karena gejalanya bervariasi dari pasien ke pasien dan mempengaruhi sistem tubuh yang berbeda. Dokter sering meresepkan rejimen antioksidan, asam amino, dan vitamin.