乳酸血症主要由丙酮酸羧化酶、丙酮酸脱氢酶缺陷。体内循环的乳酸为糖酵解产物，主要产生于红细胞、皮肤、肾髓质和骨骼肌（白肌）。乳酸由丙酮酸在乳酸脱氢酶作用下还原而成，并经此可逆反应清除。已知LDH的H和M亚单位均可发生缺陷，但无大临床意义。丙酮酸的氧化代谢通过丙酮酸脱氢酶、Krebs循环和呼吸链完成，而无氧代谢主要通过丙酮酸羧化酶进行。这些途径中任何缺陷均可导致丙酮酸和乳酸从循环中清除障碍，产生乳酸血症。
【发病机制】
1、丙酮酸脱氢酶复合体缺陷 丙酮酸脱氢酶复合体缺陷是引起乳酸血症最常见的遗传原因。酶复合体缺陷可发生于其5个组分中的任何一种，即E1（丙酮酸脱氢酶）、E2（转酰酶）、E3（硫辛酰基脱氢酶）、X蛋白和丙酮酸脱氢酶磷酸酶。E1缺陷最为常见，由El基因突变引起，定位于Xp22。l～22。2，属X性联遗传，因其在中枢神经系统中起重要作用，女性杂合子虽仅有一个Elα等位基因突变，仍可有代谢缺陷表现，因此本症应归类为X性联显性遗传。多数Elα基因缺陷为新的突变，而并非由父母亲携带遗传。E2和X蛋白缺陷少见，可引起严重精神运动障碍。E3硫辛酰基脱氢酶缺乏不仅影响丙酮酸脱氢酶复合体活性，亦导致α-酮戊二酸和支链酮酸脱氢酶复合体缺陷，E3定位于染色体7q31～q32。
2、丙酮酸羧化酶缺乏 丙酮酸羧化酶是一种含生物素酶，每个酶分子由4个完全相同的亚单位紧密联结而成，每个亚单位含一个共价结合的生物素和与丙酮酸、ATP、HC03及乙酰辅酶A结合的位点。丙酮酸羧化酶存在于线粒体内，在肝脏和肾脏中活性最高，是糖原异生途径最主要的调节酶。在脑、肌肉、脂肪细胞和成纤维细胞中亦有少量该酶，为糖原异生的补救途径。其人类编码基因定位于染色体 llql3。丙酮酸羧化酶活性可在培养成纤维细胞中测定。
【临床表现】
1、丙酮酸脱氢酶复合体缺陷 El缺陷临床表现可轻或重，表现为3种类型，重症在出生时即有非常严重的乳酸酸中毒，酶复合体活性为正常的15%左右，新生儿期死亡，多有脑实质或基底节囊性病变或脑萎缩。第二类有中度乳酸血症，但有显著精神运动性发育迟缓，且随年龄增长加重部分病例，酶复合体活性约为正常的21%～28%。死亡病例尸检时在基底节和脑干部位有典型Leigh病的囊性病变或脑萎缩。存活病人CT扫描可发现皮层萎缩、脑室扩大和基底节密度减低。第三类症状较轻，表现为慢性或间歇性共济失调，通常在进食碳水化合物后引起，而对生酮饮食无异常反应。所有病例均为男性，血乳酸水平可为正常或稍高。患者智力可为正常或有不同程度减低，部分病例有典型Leigh病的脑干损伤表现。Leigh病为一种神经退行性病变，在丘脑、中脑、脑桥、延髓、和脊索等部位有对称性局灶坏死、海绵样变性、血管增生和神经胶质增生。Brown等提出部分病人虽无体循环酸中毒，但可能有脑内乳酸酸中毒，因病人脑脊液乳酸浓度高于其血中浓度。