病变以侵犯骨骼肌为主者，称为线粒体肌病；伴有中枢神经系统症状者称线粒体脑肌病。本病为一组临床综合征，中枢神经系统的线粒体功能障碍可以导致癫痫发作。

肌阵挛性癫痫与线粒体 tRNA Lys 和 tRNASer 基因突变有关，其突变类型均可出现全面性癫痫发作。部分性癫痫发作常出现在线粒体脑病中，这一类疾病与线粒体 tRNA Leu 基因突变有关。

一、常见的合并癫痫发作的线粒体脑肌病类型
1．线粒体脑肌病伴高乳酸血症和卒中样发作 (MELAS)：是临床中最为常见的线粒体脑肌病类型，以癫痫发作、呕吐、偏头痛样发作和卒中样表现(如轻偏瘫、偏盲或皮质盲等) 为常见的症状和体征。

身材矮小、智力衰退、运动不耐受、耳聋、进行性眼外肌麻痹、糖尿病、扩张性心肌病或肾小管酸中毒等症状常常提示 MELAS 的诊断。

MELAS 大部分是由线粒体 DNA A3243G 的点突变引起的。线粒体脑肌病是一组多系统异常，临床以大范围的生化和遗传功能障碍以及多种形式的遗传为特点。

在所有这些异常中，MELAS 综合征是最常见的母系遗传性线粒体异常。卒中样发作是 MELAS 最典型的症状，并且通常在 15 岁之前发生。

该病的临床进程呈高度多样性，包括从早期的无症状到进行性肌肉衰弱、乳酸中毒、认知障碍、肌阵挛性发作、卒中样发作、脑病和过早死亡等。该综合征与大量线粒体 DNA 点突变有关，80％以上的突变发生在线粒体 tRNA 二氢尿嘧啶环 RNA(Leu)。

其病理生理学特点尚不完全清楚，目前有几种可能的机制，包括线粒体 tRNA 氨酰化减少导致了线粒体蛋白质合成减少、钙平衡的改变和一氧化氮代谢改变等。

2．肌阵挛性癫痫伴不整红边纤维 (MERRF)：也是线粒体脑肌病中比较常见的一种类型，多见于儿童，有明显的家族史，以肌阵挛性癫痫发作为主要特征，并伴有智能减退、小脑共济失调等。尽管线粒体 DNA 存在于各个组织中，但在 MERRF 综合征中，脑和骨骼肌是主要受影响部位。

MERRF 和 MELAS 是线粒体脑肌病中已确定的表型。tRNA(Lys) 基因 8356 T>C 转换是 MERRF 致病的突变，大多数 MELAS 患者存在 tRNA(Leu) 基因 3243A>G 转换。大多数 MELAS 患者可检测到线粒体基因突变。

二、线粒体脑肌病癫痫的发病机制
线粒体 DNA 突变是线粒体脑肌病的主要发病原因，MELAS 大部分是由线粒体 DNA A3243G 的点突变引起的，但有人认为其与多重线粒体 DNA 缺失有关。MERRF 以 A8344G 的点突变为主。

这些基因编码特定的蛋白酶，用来维持线粒体 DNA 的稳定和复制，这些突变使线粒体蛋白合成受阻，线粒体氧化磷酸化过程中所需要的酶缺乏，ATP 不足从而导致线粒体病。发生在线粒体病背景下的卒中样发作可由传统的缺血性血管机制导致，也可由大脑能量衰竭造成非缺血性血管机制引起。

缺血性血管机制学说即线粒体血管病学说，最早由 Ohama 和 Ikuta 提出并证实，表现为在肌肉、大脑以及小脑等小血管壁平滑肌细胞和内皮细胞出现异常线粒体沉积。非缺血性神经血管细胞学说主要由日本学者 Iizuka 和 Sakai 提出，他们发现 MELAS 综合征患者卒中样发作的病理生理机制主要是由于神经元过度兴奋、毛细血管通透性增加、过度灌注以及神经元易损所致，核心作用是由神经元过度兴奋引起。

一旦神经元的过度兴奋在大脑的局部发生，癫痫的活动区使临近的神经元去极化，导致癫痫活动传播到邻近的皮质区，并导致了能量的不平衡。