Μιτοχονδριακή εγκεφαλοπάθεια, γαλακτική οξέωση και σύνδρομο εγκεφαλικού επεισοδίου (MELAS), εμφανίζεται όταν το μιτοχονδριακό δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) υφίσταται μετάλλαξη, προκαλώντας ανεπαρκή παραγωγή ενέργειας στα κύτταρα. Οι ασθενείς μπορεί να αποκτήσουν το σύνδρομο, αλλά η διαταραχή συχνά περνά από τη μητέρα. Η ηλικία εμφάνισης ποικίλλει, με τους ασθενείς να παρουσιάζουν συμπτώματα ήδη από την ηλικία των τριών μηνών, ενώ άλλοι δεν αντιμετωπίζουν προβλήματα μέχρι την ηλικία των 60 ετών. Ωστόσο, τα περισσότερα άτομα που έχουν το σύνδρομο εμφανίζουν συμπτώματα πριν από την ηλικία των 20 ετών. Καθώς όλα τα σωματικά κύτταρα περιέχουν μιτοχόνδρια, συμπτώματα δευτερογενή στο σύνδρομο μπορεί να εμφανιστούν οπουδήποτε στο σώμα, αλλά είναι γενικά προβλήματα πολλαπλών συστημάτων.
Τα κύτταρα συνήθως περιέχουν εκατοντάδες έως χιλιάδες οργανίδια γνωστά ως μιτοχόνδρια. Οι δομές παράγουν ενέργεια μέσω μιας αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων, η οποία συνθέτει πρωτεΐνες σε τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP). Οι μεταλλάξεις του DNA που συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια διαταράσσουν διαφορετικά συστατικά αυτής της αλυσίδας, αναστέλλοντας το σχηματισμό ATP. Οι ασθενείς που έχουν διαγνωστεί με μιτοχονδριακή εγκεφαλοπάθεια έχουν συνήθως μιτοχόνδρια που περιέχουν φυσιολογικό DNA και άλλοι με μεταλλαγμένο DNA. Σε μια προσπάθεια να αντισταθμιστεί η ανεπαρκής παραγωγή ενέργειας, τα μη φυσιολογικά μιτοχόνδρια αναπαράγονται σε περισσότερα μιτοχόνδρια, τα οποία περιέχουν επίσης τη γενετική μετάλλαξη.
Η μιτοχονδριακή κυτταροπάθεια προκαλεί επίσης αντιστάθμιση για την ανεπαρκή παραγωγή ενέργειας με τη χρήση άλλων μεταβολικών διεργασιών. Το σώμα γενικά συνθέτει γλυκόζη σε πυροσταφυλικό και γαλακτικό οξύ κατά τη διάρκεια της άσκησης, αλλά στη μιτοχονδριακή εγκεφαλοπάθεια, αυτές οι διεργασίες συμβαίνουν σε κατάσταση ηρεμίας, προκαλώντας γαλακτική οξέωση. Η έλλειψη επαρκούς κυτταρικής ενέργειας σε συνδυασμό με τα υποπροϊόντα των μεταβολικών διεργασιών παράγουν συσσώρευση τοξινών, η οποία οδηγεί σε κυτταρική βλάβη και καταστροφή. Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι οι ασθενείς εμφανίζουν μη φυσιολογική ποσότητα ενδοκυτταρικού ασβεστίου, προκαλώντας αυξημένη διεγερσιμότητα της κυτταρικής μεμβράνης.
Τα όργανα και τα συστήματα που επηρεάζονται περισσότερο από το σύνδρομο είναι εκείνα που απαιτούν τη μεγαλύτερη ποσότητα ενέργειας. Οι ασθενείς γενικά εμφανίζουν συμπτώματα που επηρεάζουν το κεντρικό νευρικό σύστημα, τους καρδιακούς και τους σκελετικούς μύες. Το πάγκρεας, το συκώτι και τα νεφρά μπορεί επίσης να επηρεαστούν.
Τα συμπτώματα του κεντρικού νευρικού συστήματος που σχετίζονται με τη μιτοχονδριακή εγκεφαλοπάθεια περιλαμβάνουν άνοια, επιληπτικές κρίσεις και ανωμαλίες που μοιάζουν με εγκεφαλικό επεισόδιο που εμφανίζονται ως αποτέλεσμα βλαβών που σχηματίζονται στον εγκέφαλο. Το σύνδρομο μπορεί επίσης να επηρεάσει τα αισθητήρια νεύρα, προκαλώντας τύφλωση ή κώφωση. Η βλάβη ή η καταστροφή του νευρικού και του μυϊκού ιστού προκαλεί συνήθως απώλεια μυϊκού τόνου, σπαστικότητα και μη φυσιολογικές κινήσεις του σώματος. Τα επηρεασμένα κύτταρα στην καρδιά μπορεί να προκαλέσουν διαταραχές αγωγιμότητας, οδηγώντας σε ακανόνιστο καρδιακό ρυθμό. Η προσβολή του παγκρέατος συχνά οδηγεί σε διαβήτη.
Το σύνδρομο Leigh, μια ποικιλία μιτοχονδριακής μυοπάθειας που είναι επίσης γνωστή ως υποξεία νεκρωτική εγκεφαλομυελοπάθεια, επηρεάζει παιδιά ηλικίας 3 έως 12 μηνών και συχνά εκδηλώνεται μετά από ιογενή λοίμωξη. Εκτός από το ότι επηρεάζει το κεντρικό νευρικό σύστημα και τον μυϊκό ιστό, η διαταραχή συνήθως περιλαμβάνει το καρδιακό και το αναπνευστικό σύστημα. Τα μικρά παιδιά που έχουν τη νόσο συχνά πεθαίνουν στην ηλικία των τριών ετών από καρδιακή ή αναπνευστική ανεπάρκεια.
Οι ειδικοί διαγιγνώσκουν τη μιτοχονδριακή εγκεφαλοπάθεια χρησιμοποιώντας απεικονιστικές μελέτες, εξετάσεις αίματος και νωτιαίου υγρού και κυτταρικές μελέτες. Η μαγνητική τομογραφία (MRI) συνήθως αποκαλύπτει βλάβες τύπου εμφράγματος, ή νεκρό ιστό, που δεν σχετίζεται με αγγειακές δομές. Οι βλάβες συνήθως αναπτύσσονται πιο συχνά στο πίσω μέρος του εγκεφάλου. Οι ανωμαλίες στο αίμα και το νωτιαίο υγρό γενικά περιλαμβάνουν αυξημένα επίπεδα του αμινοξέος αλανίνη και γαλακτικό οξύ. Κύτταρα που λαμβάνονται από μύες αποκαλύπτουν κόκκινες, κουρελιασμένες ίνες.
Τα δείγματα κυττάρων που λαμβάνονται από το εσωτερικό του στόματος και του δέρματος περιέχουν γενικά μιτοχόνδρια με ελαττωματικό DNA. Οι γιατροί συνήθως αντιμετωπίζουν τους ασθενείς σε ατομική βάση, επειδή τα συμπτώματα διαφέρουν από ασθενή σε ασθενή και επηρεάζουν διαφορετικά συστήματα του σώματος. Οι γιατροί συχνά συνταγογραφούν ένα σχήμα αντιοξειδωτικών, αμινοξέων και βιταμινών.