Mitochondrijų encefalopatija, pieno rūgšties acidozė ir insulto sindromas (MELAS) atsiranda, kai mitochondrijų dezoksiribonukleino rūgštyje (DNR) vyksta mutacija, dėl kurios ląstelėse gaminasi nepakankamai energijos. Pacientai gali įgyti sindromą, tačiau sutrikimas dažnai praeina iš motinos. Ligos pasireiškimo amžius skiriasi – simptomai pasireiškia jau trijų mėnesių amžiaus, o kiti nepatiria problemų iki 60 metų amžiaus. Tačiau daugumai sindromu sergančių asmenų simptomai pasireiškia iki 20 metų amžiaus. Kadangi visose kūno ląstelėse yra mitochondrijų, antriniai sindromo simptomai gali pasireikšti bet kurioje kūno vietoje, tačiau dažniausiai tai yra daugelio sistemų problemos.
Ląstelėse paprastai yra nuo šimtų iki tūkstančių organelių, žinomų kaip mitochondrijos. Struktūros gamina energiją per elektronų transportavimo grandinę, kuri sintetina baltymus į adenozino trifosfatą (ATP). DNR mutacijos, atsirandančios mitochondrijose, sutrikdo skirtingus šios grandinės komponentus, slopindamos ATP susidarymą. Pacientai, kuriems diagnozuota mitochondrinė encefalopatija, dažniausiai turi mitochondrijas, kuriose yra normali DNR, o kitose – mutavusios DNR. Bandant kompensuoti nepakankamą energijos gamybą, nenormalios mitochondrijos replikuojasi į daugiau mitochondrijų, kuriose taip pat yra genetinė mutacija.
Mitochondrijų citopatija taip pat sukelia kompensaciją už nepakankamą energijos gamybą naudojant kitus medžiagų apykaitos procesus. Paprastai fizinio krūvio metu organizmas gliukozę sintetina į piruvatą ir pieno rūgštį, tačiau sergant mitochondrine encefalopatija šie procesai vyksta ramybės būsenoje ir sukelia pieno rūgšties acidozę. Pakankamos ląstelių energijos trūkumas kartu su šalutiniais medžiagų apykaitos procesų produktais sukelia toksinų kaupimąsi, dėl kurio ląstelės pažeidžiamos ir sunaikinamos. Tyrėjai taip pat išsiaiškino, kad pacientams būdingas nenormalus tarpląstelinio kalcio kiekis, dėl kurio padidėja ląstelių membranos jaudrumas.
Labiausiai sindromo paveikti organai ir sistemos yra tie, kuriems reikia daugiausia energijos. Pacientai paprastai jaučia simptomus, kurie paveikia centrinę nervų sistemą, širdies ir griaučių raumenis. Taip pat gali būti pažeista kasa, kepenys ir inkstai.
Centrinės nervų sistemos simptomai, susiję su mitochondrine encefalopatija, yra demencija, traukuliai ir į insultą panašūs anomalijos, atsirandančios dėl smegenų pažeidimų. Sindromas taip pat gali paveikti jutimo nervus, sukelti aklumą ar kurtumą. Nervų ir raumenų audinių pažeidimai arba destrukcija paprastai sukelia raumenų tonuso praradimą, spazmiškumą ir nenormalius kūno judesius. Pažeistos širdies ląstelės gali sutrikdyti laidumą ir sukelti nereguliarų širdies susitraukimų dažnį. Kasos pažeidimas dažnai sukelia diabetą.
Leigh sindromas, įvairi mitochondrijų miopatija, dar vadinama poūmia nekrozine encefalomielopatija, paveikia vaikus nuo 3 iki 12 mėnesių ir dažnai pasireiškia po virusinės infekcijos. Be to, kad sutrikimas veikia centrinę nervų sistemą ir raumenų audinį, jis dažniausiai apima širdies ir kvėpavimo sistemas. Maži vaikai, sergantys šia liga, dažnai miršta sulaukę trejų metų nuo širdies ar kvėpavimo nepakankamumo.
Specialistai diagnozuoja mitochondrijų encefalopatiją, naudodami vaizdo tyrimus, kraujo ir stuburo skysčių tyrimus bei ląstelių tyrimus. Magnetinio rezonanso tomografija (MRT) dažniausiai atskleidžia infarkto tipo pažeidimus arba negyvus audinius, nesusijusius su kraujagyslių struktūromis. Pažeidimai dažniausiai atsiranda galinėje smegenų dalyje. Kraujo ir stuburo skysčių anomalijos paprastai apima padidėjusį aminorūgšties alanino ir pieno rūgšties kiekį. Ląstelės, paimtos iš raumenų, atskleidžia raudonus, nelygius pluoštus.
Ląstelių mėginiuose, paimtuose iš burnos ir odos, paprastai yra mitochondrijų su klaidinga DNR. Gydytojai paprastai gydo pacientus individualiai, nes simptomai kiekvienam pacientui skiriasi ir veikia skirtingas organizmo sistemas. Gydytojai dažnai skiria antioksidantų, amino rūgščių ir vitaminų režimą.