Mitokondriaalne entsefalopaatia, laktatsidoos ja insuldi sündroom (MELAS) tekib siis, kui mitokondriaalne desoksüribonukleiinhape (DNA) läbib mutatsiooni, põhjustades rakkudes ebapiisava energiatootmise. Patsiendid võivad sündroomi omandada, kuid häire läheb sageli emalt üle. Alguse vanus on erinev, patsientidel ilmnevad sümptomid juba kolme kuu vanuselt, samas kui teistel ei teki probleeme enne 60. eluaastat. Enamikul sündroomiga inimestel ilmnevad sümptomid siiski enne 20. eluaastat. Kuna kõik keharakud sisaldavad mitokondreid, võivad sündroomi sekundaarsed sümptomid ilmneda kõikjal kehas, kuid üldiselt on tegemist mitme süsteemi probleemidega.
Rakud sisaldavad tavaliselt sadu kuni tuhandeid organelle, mida nimetatakse mitokondriteks. Struktuurid toodavad energiat elektronide transpordiahela kaudu, mis sünteesib valgud adenosiintrifosfaadiks (ATP). Mitokondrites esinevad DNA mutatsioonid häirivad selle ahela erinevaid komponente, pärssides ATP moodustumist. Mitokondriaalse entsefalopaatia diagnoosiga patsientidel on tavaliselt mitokondrid, mis sisaldavad normaalset DNA-d, ja teised, millel on muteerunud DNA. Püüdes kompenseerida ebapiisavat energiatootmist, paljunevad ebanormaalsed mitokondrid rohkemateks mitokondriteks, mis sisaldavad ka geneetilist mutatsiooni.
Mitokondriaalne tsütopaatia käivitab ka kompensatsiooni ebapiisava energiatootmise eest, kasutades muid metaboolseid protsesse. Üldjuhul sünteesib keha treeningu ajal glükoosi püruvaadiks ja piimhappeks, kuid mitokondriaalse entsefalopaatia korral toimuvad need protsessid puhkeolekus, põhjustades laktatsidoosi. Piisava rakuenergia puudumine koos metaboolsete protsesside kõrvalsaadustega tekitab toksiinide kogunemist, mis põhjustab rakkude kahjustamist ja hävimist. Teadlased on ka avastanud, et patsientidel on ebanormaalne kogus rakusisest kaltsiumi, mis põhjustab rakumembraani erutatavuse suurenemist.
Sündroomist mõjutab kõige rohkem elundeid ja süsteeme, mis vajavad kõige rohkem energiat. Patsiendid kogevad üldiselt sümptomeid, mis mõjutavad kesknärvisüsteemi, südame- ja skeletilihaseid. Samuti võivad mõjutada kõhunääre, maks ja neerud.
Mitokondriaalse entsefalopaatiaga seotud kesknärvisüsteemi sümptomiteks on dementsus, krambid ja insuldilaadsed kõrvalekalded, mis tekivad ajus tekkivate kahjustuste tagajärjel. Sündroom võib mõjutada ka sensoorseid närve, põhjustades pimedaksjäämist või kurtust. Närvi- ja lihaskoe kahjustus või hävimine põhjustab tavaliselt lihaste toonuse kaotust, spastilisust ja ebanormaalseid kehaliigutusi. Mõjutatud südamerakud võivad põhjustada juhtivuse häireid, mis põhjustavad ebaregulaarset südame löögisagedust. Pankrease haaratus põhjustab sageli diabeedi.
Leigh’ sündroom, mitmesugune mitokondriaalne müopaatia, mida tuntakse ka kui alaägeda nekrotiseeriva entsefalomülopaatia, mõjutab lapsi vanuses 3–12 kuud ja ilmneb sageli pärast viirusnakkust. Lisaks kesknärvisüsteemi ja lihaskoe mõjutamisele hõlmab häire tavaliselt südame- ja hingamissüsteeme. Seda haigust põdevad väikesed lapsed surevad sageli kolmeaastaselt südame- või hingamispuudulikkuse tõttu.
Spetsialistid diagnoosivad mitokondriaalset entsefalopaatiat, kasutades pildiuuringuid, vere- ja seljaajuvedeliku teste ning rakuuuringuid. Magnetresonantstomograafia (MRI) näitab tavaliselt infarkti tüüpi kahjustusi või surnud kudesid, mis ei ole seotud veresoonte struktuuridega. Tavaliselt tekivad kahjustused sagedamini aju tagumises osas. Vere ja seljaaju vedeliku kõrvalekalded hõlmavad üldiselt aminohapete alaniini ja piimhappe sisalduse suurenemist. Lihastest võetud rakud paljastavad punased, räbaldunud kiud.
Suust ja nahast võetud rakuproovid sisaldavad üldjuhul vigase DNA-ga mitokondreid. Arstid ravivad patsiente tavaliselt individuaalselt, kuna sümptomid on patsienditi erinevad ja mõjutavad erinevaid kehasüsteeme. Arstid määravad sageli antioksüdantide, aminohapete ja vitamiinide režiimi.