เอ็นเซ็ปฟาโลพาทีไมโตคอนเดรีย, แลคติกดิสก์และโรคหลอดเลือดสมอง (MELAS) เกิดขึ้นเมื่อกรดไมโทคอนเดรียลดีท็อกซีบูนิวคลีอิก (DNA) ผ่านการกลายพันธุ์ทำให้การผลิตพลังงานในเซลล์ไม่เพียงพอ ผู้ป่วยสามารถได้รับซินโดรม แต่ความผิดปกติมักจะผ่านจากแม่ อายุที่เริ่มมีอาการแตกต่างกันกับผู้ป่วยที่แสดงอาการเร็วที่สุดเท่าที่อายุสามเดือนในขณะที่คนอื่น ๆ ไม่ประสบปัญหาจนกระทั่งอายุ 60 ปีคนส่วนใหญ่ที่มีอาการแสดงอาการก่อนอายุ 20 อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเซลล์ของร่างกายทั้งหมดมีไมโทคอนเดรียอาการที่สองของโรคอาจเกิดขึ้นได้ทุกที่ในร่างกาย แต่โดยทั่วไปแล้วจะมีปัญหาหลายระบบ
โดยทั่วไปเซลล์นั้นมีออร์แกเนลล์หลายร้อยถึงหลายพันที่รู้จักกันในชื่อไมโตคอนเดรีย โครงสร้างนี้ผลิตพลังงานผ่านห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอนซึ่งสังเคราะห์โปรตีนให้เป็น adenosine triphosphate (ATP) การกลายพันธุ์ของดีเอ็นเอที่เกิดขึ้นในไมโทคอนเดรียนั้นส่งผลต่อส่วนประกอบต่าง ๆ ของโซ่นี้ซึ่งยับยั้งการก่อตัวของ ATP ผู้ป่วยที่ได้รับการวินิจฉัยว่าเป็น mitochondrial encephalopathy มักมีไมโตคอนเดรียที่มี DNA ปกติและอื่น ๆ ที่มี DNA กลายพันธุ์ ในความพยายามที่จะชดเชยการผลิตพลังงานที่ไม่เพียงพอไมโตคอนเดรียผิดปกติจะทำซ้ำในไมโตคอนเดรียซึ่งมีการกลายพันธุ์ทางพันธุกรรมด้วย
ยลไซโตแคทอรียลยังกระตุ้นให้เกิดการชดเชยสำหรับการผลิตพลังงานไม่เพียงพอโดยใช้กระบวนการเผาผลาญอื่น ๆ โดยทั่วไปร่างกายจะสังเคราะห์กลูโคสให้เป็นไพรูเวตและกรดแลคติคในระหว่างออกกำลังกาย แต่ในสมองส่วนปลายของไมโทคอนเดรียกระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นที่ส่วนที่เหลือทำให้เกิดภาวะกรดแล็กติก การขาดพลังงานเพียงพอของเซลล์รวมกับผลพลอยได้จากกระบวนการเผาผลาญทำให้เกิดการสะสมของสารพิษซึ่งนำไปสู่ความเสียหายและทำลายเซลล์ นักวิจัยได้ค้นพบว่าผู้ป่วยแสดงแคลเซียมในเซลล์ผิดปกติทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ตื่นตัวมากขึ้น
อวัยวะและระบบที่ได้รับผลกระทบมากที่สุดจากกลุ่มอาการของโรคคืออวัยวะที่ต้องการพลังงานจำนวนมากที่สุด ผู้ป่วยมักพบอาการที่มีผลต่อระบบประสาทส่วนกลางกล้ามเนื้อหัวใจและกล้ามเนื้อโครงร่าง ตับอ่อนตับและไตสามารถได้รับผลกระทบเช่นกัน
อาการของระบบประสาทส่วนกลางที่เกี่ยวข้องกับ mitochondrial encephalopathy ได้แก่ ภาวะสมองเสื่อมอาการชักและความผิดปกติของเส้นเลือดอุดตันในสมองซึ่งเกิดขึ้นจากการเกิดรอยโรคในสมอง โรคนี้อาจส่งผลกระทบต่อประสาทสัมผัสทำให้ตาบอดหรือหูหนวก ความเสียหายของเนื้อเยื่อประสาทและกล้ามเนื้อหรือการทำลายมักก่อให้เกิดการสูญเสียของกล้ามเนื้อเกร็งและการเคลื่อนไหวของร่างกายที่ผิดปกติ เซลล์ที่ได้รับผลกระทบในหัวใจอาจทำให้เกิดการหยุดชะงักของการนำไฟฟ้าซึ่งนำไปสู่อัตราการเต้นของหัวใจที่ผิดปกติ การมีส่วนร่วมของตับอ่อนมักนำไปสู่โรคเบาหวาน
Leigh syndrome, ความหลากหลายของผงาดยลที่รู้จักกันว่า encephalomyelopathy กึ่งเฉียบพลันที่มีผลต่อเด็กอายุ 3 ถึง 12 เดือนและมักจะปรากฏหลังจากการติดเชื้อไวรัส นอกเหนือจากการส่งผลกระทบต่อระบบประสาทส่วนกลางและเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อความผิดปกติมักเกี่ยวข้องกับระบบหัวใจและทางเดินหายใจ เด็กเล็กที่เป็นโรคนี้มักเสียชีวิตเมื่ออายุสามขวบจากภาวะหัวใจล้มเหลวหรือระบบหายใจ
ผู้เชี่ยวชาญวินิจฉัยโรคไข้สมองอักเสบโดยใช้การศึกษาภาพการทดสอบเลือดและกระดูกสันหลังและการศึกษาโทรศัพท์มือถือ การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) มักจะเผยให้เห็นแผลประเภท infarct หรือเนื้อเยื่อที่ตายแล้วไม่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างของหลอดเลือด แผลมักจะพัฒนาบ่อยขึ้นในส่วนหลังของสมอง ความผิดปกติในเลือดและไขสันหลังมักจะรวมถึงระดับที่เพิ่มขึ้นของกรดอะมิโนอะลานีนและกรดแลคติค เซลล์ที่นำมาจากกล้ามเนื้อจะเผยให้เห็นถึงเส้นใยสีแดงที่ดูมอมแมม
ตัวอย่างเซลล์ที่ได้จากภายในปากและผิวหนังโดยทั่วไปมีไมโตคอนเดรียที่มี DNA ผิดพลาด แพทย์มักจะรักษาผู้ป่วยเป็นรายบุคคลเพราะอาการจะแตกต่างกันไปตามผู้ป่วยและผู้ป่วยและส่งผลกระทบต่อระบบต่างๆของร่างกาย แพทย์มักจะกำหนดระบบการต้านอนุมูลอิสระกรดอะมิโนและวิตามิน
