Stupor and coma in adults Last literature review version 19. 1: janvier 2011

Stupor and coma in adults

http://www.uptodate.com/contents/stupor-and-coma-in-adults?view=print[09.07.2011 11:51:48]

Stupor and coma in adults

Last literature review version 19.1: janvier 2011  |  This topic last updated: mai 7, 2009

INTRODUCTION — Stupor and coma are clinical states in which patients have impaired responsiveness (or

are unresponsive) to external stimulation and are either difficult to arouse or are unarousable. Coma is defined

as "unarousable unresponsiveness" [

1

]. An alert patient has a normal state of arousal. The terms stupor,

lethargy, and obtundation refer to states between alertness and coma. These imprecise descriptors should

generally not be used in clinical situations without further qualification.

An alteration in arousal represents an acute, life threatening emergency, requiring prompt intervention for

preservation of life and brain function [

2

]. Although discussed separately here, the assessment and

management are performed jointly in practice (

table 1

).

ETIOLOGIES AND PATHOPHYSIOLOGY — The ascending reticular activating system (ARAS) is a network of

neurons originating in the tegmentum of the upper pons and midbrain, believed to be integral to inducing and

maintaining alertness. These neurons project to structures in the diencephalon, including the thalamus and

hypothalamus, and from there to the cerebral cortex. Alterations in alertness can be produced by focal lesions

within the upper brainstem by directly damaging the ARAS.

Injury to the cerebral hemispheres can also produce coma, but in this case, the involvement is necessarily

bilateral and diffuse, or if unilateral, large enough to exert remote effects on the contralateral hemisphere or

brainstem. Magnetic resonance imaging (MRI) studies have indicated that coma in supratentorial mass lesions

occurs both with lateral forces on the contralateral hemisphere and with downward, brainstem compression

[

3,4

]. (See 

'Coma syndromes'

 below.)

The mechanism of coma in toxic, metabolic, and infectious etiologies and hypothermia is less well understood

and to some extent is cause specific. A simplified explanation is that these conditions produce impaired oxygen

or substrate delivery which alter cerebral metabolism or interfere with neuronal excitability at some level.

Conditions causing stupor and coma cross a broad spectrum of medical and neurologic disease; the list of

potential differential diagnoses is long (

table 2

). Most cases of stupor and coma presenting to an emergency

department are due to trauma, cerebrovascular disease, intoxications, and metabolic derangements; the

precise case mix varies according to the setting and referral base [

1

]. Also, case series often do not include

those patients presenting in coma that complicates resuscitation from cardiac arrest, or the postictal state after

a witnessed epileptic seizure, but these are common causes of coma as well.

HISTORY — The patient with impaired consciousness probably cannot contribute a history, but others often

can provide valuable information:

It is often useful to obtain a history from witnesses, friends or family members, and emergency medical

technicians who might provide information that suggests the likely etiology.

The patient's personal effects: a Medical Alert bracelet or necklace and/or a card in the wallet may

contain a list of illnesses and medications

An old hospital chart may also contain information not otherwise available

Potentially helpful questions for relatives, friends, and witnesses include:

Official reprint from UpToDate

®

 

www.uptodate.com

 

©2011 UpToDate

®

Print

 

|

 

Back

Author

G Bryan Young, MD, FRCPC

Section Editors

Michael J Aminoff, MD, DSc

Robert S Hockberger, MD, FACEP

Deputy Editor

Janet L Wilterdink, MD

Print Options

Text

References

Graphics

 

 

 

Stupor and coma in adults

http://www.uptodate.com/contents/stupor-and-coma-in-adults?view=print[09.07.2011 11:51:48]

What was the time course of the loss of consciousness? Was it abrupt (eg, subarachnoid hemorrhage,

seizure), gradual (eg, brain tumor), or fluctuating (eg, recurring seizures, subdural hematoma, metabolic

encephalopathy)?

Did focal signs or symptoms precede the loss of consciousness? As an example, an initial hemiparesis

suggests a structural lesion, likely with mass effect. Transient visual symptoms, eg, diplopia or vertigo,

suggest ischemia in the posterior circulation.

Did the patient have previous neurologic episodes that suggest transient ischemic attacks or seizures?

What recent illness has the patient had? Has there been altered behavior or function recently? A fever

suggests infection; an increasing headache suggests an expanding intracranial lesion or infection; recent

falls raise the possibility of a subdural hematoma; recent confusion or delirium might indicate a

metabolic or toxic cause.

What prescription or nonprescription drugs are used? Are there medical or psychiatric conditions? Is

there history of alcohol or drug abuse?

GENERAL EXAMINATION — A general physical examination should not be neglected in the patient with

coma, as valuable clues to the underlying etiology are often found (

table 3

 and 

table 4

).

Vital signs — Extreme hypertension may suggest reversible posterior leukoencephalopathy syndrome,

hypertensive encephalopathy, or hypertensive intracerebral hemorrhage. Hypotension may reflect

circulatory failure from sepsis, hypovolemia, or cardiac failure, as well as certain drugs or Addison's

disease.

Hyperthermia usually signifies an infection; heat stroke, or anticholinergic intoxication are other

possibilities. Hypothermia could be accidental (cold exposure), primary (due to hypothalamic dysfunction

as in Wernicke's encephalopathy or tumor), or secondary (eg, adrenal failure, hypothyroidism, sepsis,

drug or alcohol intoxication).

Ventilatory pattern — An observation of hypo or hyperventilation can be helpful in the diagnosis of a

patient with coma, especially when combined with blood gas results (

table 3

).

Specific breathing patterns, while classically associated with regions of brainstem injury during

transtentorial herniation (

figure 1

), are not that useful clinically. Cheyne-Stokes respirations (a pattern of

periodic waxing then waning hyperpnea, followed by brief apnea) may occur with either impaired cardiac

output or bicerebral dysfunction, and also in elderly patients during sleep. The shorter-cycle Cheyne-

Stokes respiration linked to brainstem tegmental dysfunction may evolve into irregular respirations with

progression of downward herniation (see 

'Coma syndromes'

 below). Apneustic breathing (in which there

is a prolonged inspiratory phase or end-inspiratory pause) is rare and usually attributed to pontine

tegmental lesions.

Cutaneous and mucosal abnormalities — A rapid survey of the skin can have a high yield in the

evaluation of a patient with coma (

table 4

). 

Bruises can indicate head trauma, especially "raccoon eye" (periorbital ecchymosis). Battle's sign

(bruising over the mastoid) and hemotympanum (blood behind the tympanic membrane) are signs of

basal skull fracture. Petechiae and ecchymoses can be seen in bleeding diatheses (eg, thrombocytopenia,

disseminated intravascular coagulation), some infections (eg, meningococcal septicemia, Rocky Mountain

spotted fever), and certain vasculitides. Subungual (splinter) and conjunctival hemorrhages are

sometimes seen in endocarditis. Petechiae confined to the head and neck may be found after convulsive

seizures due to acutely raised venous pressure.

Perspiration is common in fevers, hypoglycemia, and pheochromocytoma. Bullous lesions are

Stupor and coma in adults

http://www.uptodate.com/contents/stupor-and-coma-in-adults?view=print[09.07.2011 11:51:48]

characteristic of barbiturate intoxication (coma blisters).

Jaundice could indicate liver disease. A cherry red color, especially of the lips and mucous membranes,

suggests carbon monoxide intoxication. Pallor, especially with a sallow appearance, may suggest uremia,

myxedema, or severe anemia as in profound pernicious anemia. 

Needle tracks suggest intravenous drug abuse. A tongue bitten on the lateral aspect suggests a recent

convulsive seizure.

Other — Most orthopedic injuries indicate trauma. Some, in particular posterior fracture dislocation at the

shoulder, manubriosternal dislocation, and vertebral compression fractures (less commonly fractures of

the femoral neck or acetabulum), also occur with convulsive seizures.

Cerebrospinal fluid rhinorrhea can occur with skull fracture, and is important to recognize, as recurrent

pyogenic meningitis can occur as a later complication.

Resistance to passive neck flexion suggests meningismus, a sign of meningeal irritation occurs in

meningitis and subarachnoid hemorrhage.

Examination of the lungs, heart, and abdomen may also provide clues to other organ system disease.

NEUROLOGIC EXAMINATION — The neurologic examination in a comatose patient is necessarily brief and is

directed at determining whether the pathology is structural or due to metabolic dysfunction (including drug

effects and infection). The examiner assesses:

Level of consciousness

Motor responses

Brainstem reflexes: pupillary light, extraocular, and corneal reflexes

Important findings are abnormal reflexes that indicate dysfunction in specific regions of the brainstem, or a

consistent asymmetry between right- and left-sided responses.

Level of consciousness — It is more useful to describe the patient's spontaneous behavior and responses to

stimuli than to use terms such as stupor or obtunded. Even coma has a spectrum of possible responses.

Arousability is assessed by noise (eg, shouting in the ear) and somatosensory stimulation. Pressing on the

supraorbital nerve (medial aspect of the supraorbital ridge) or the angle of the jaw, or squeezing the

trapezius, may have a higher yield than the more commonly used sternal rub and nailbed pressure. Important

responses include vocalization, eye opening, and limb movement.

The Glasgow coma scale (GCS) demonstrates a hierarchy of responses in each of these areas which reflect the

severity of the coma (

table 5

). The GCS is useful as an index of the depth of impaired consciousness and for

prognosis, but does not aid in the diagnosis of coma. (See 

'Glasgow coma scale'

 below.)

Motor examination — It is important to assess muscle tone, as well as spontaneous and elicited movements

and reflexes. Asymmetries of these often indicate a hemiplegia of the non-moving side, implying a lesion

affecting the opposite cerebral hemisphere or upper brainstem.

Purposeful movements include crossing the midline, approaching the stimulus, pushing the examiner's hand

away or actively withdrawing from the stimulus. In addition to decreased spontaneous or purposeful

movement, acute structural disease usually produces decreased muscle tone or flaccidity. Flexion and

extension movements usually represent reflex responses arising from subcortical structures:

Decorticate posturing consists of upper-extremity adduction and flexion at the elbows, wrists, and

fingers, together with lower-extremity extension, which includes extension and adduction at the hip,

extension at the knee, and plantar flexion and inversion at the ankle (

figure 2

). This occurs with

dysfunction at the cerebral cortical level or below and may reflect a "release" of other spinal pathways.

Stupor and coma in adults

http://www.uptodate.com/contents/stupor-and-coma-in-adults?view=print[09.07.2011 11:51:48]

Decerebrate posturing consists of upper-extremity extension, adduction, and pronation together with

lower-extremity extension (

figure 2

) and traditionally implies dysfunction below the red nucleus, allowing

the vestibulospinal tract to predominate.

The traditional neuroanatomic correlates of decorticate and decerebrate postures do not hold as true for

humans as for animals. As an example, often, decerebrate posturing is assumed in patients with bilateral

cerebral lesions well above the red nucleus. In general, patients with decorticate posturing in response to pain

have a better prognosis than those with decerebrate posturing.

Reflex posturing can occur in deep metabolic coma as well. Muscle tone is generally not affected by most

metabolic conditions. Bilateral rigidity occurs in neuroleptic malignant syndrome and malignant hyperthermia,

and has also been described in hepatic coma [

5

].

Multifocal myoclonus, which involves brief, random, asynchronous muscle jerks in limbs, trunk, or face,

strongly suggest a metabolic or toxic etiology. Tremor and asterixis also suggest a metabolic encephalopathy.

These occur with the limbs held in a posture against gravity. The tremor is usually fairly rapid and is often

present when the limb is actively moved (postural-action tremor). Asterixis is a transient loss of postural tone,

causing the upper limbs, head and neck, or entire body to suddenly and briefly fall forward. More subtle

myoclonic twitches of the facial muscles or fingers, more synchronous or rhythmic movements, or spontaneous

nystagmus raise the possibility of nonconvulsive status epilepticus.

Cranial nerves — The fundi should be carefully inspected, as they may yield important diagnostic clues. A

subhyaloid hemorrhage is virtually pathognomonic for aneurysmal subarachnoid hemorrhage in a comatose

patient. Papilledema suggests raised intracranial pressure or malignant hypertension. Roth spots (white-

centered hemorrhages) are most commonly associated with bacterial endocarditis, but they are also seen in

leukemia, vasculitides, and diabetic retinopathy.

The most important cranial nerve reflexes with respect to coma are: pupillary, corneal, and the vestibuloocular

reflex.

Pupils — The pupillary light reflex is tested in each eye individually to evaluate direct and consensual

responses. (See 

"The detailed neurologic examination in adults", section on 'Pupillary light reflex (CN II and

III)'

.) Disruption of the pupillary light reflex in comatose patients usually occurs because of either:

Downward herniation of mesial temporal structures from an expanding supratentorial mass or

Primary brainstem lesions

In either of these, the third cranial nerves or their nuclei in the midbrain are injured, producing a unilateral or

bilateral oculomotor palsy. When unilateral, the ipsilateral pupil is dilated and unreactive directly and

consensually, but the contralateral pupil reacts to light shone in either eye. When bilateral, there is neither a

direct nor consensual response, the pupils are symmetrically enlarged, and the eyes are deviated outward.

In transtentorial herniation, after initial dilation and loss of light reactivity, pupils become somewhat reduced in

size (4 to 5 mm) and remain unreactive; they are called midposition and fixed (see 

'Coma syndromes'

 below).

Pupil size and symmetry should be noted as well. Pupils are normally between 3 to 7 mm in diameter and

equal, although about 20 percent of normal individuals have up to 1 mm difference in pupillary size. Typically,

the pupils are spared in metabolic and toxic conditions, except in certain toxic syndromes, which are

associated with either miosis or mydriasis (

table 6

). In severe sedative drug overdose or in hypothermia, the

pupils are midposition and fixed; this syndrome can mimic brain death.

Lesions in the pontine tegmentum, which selectively disrupt sympathetic outflow, can produce very small (<1

to 2 mm) pupils in which a light response is barely perceptible, so-called pontine pupils. Opiate overdose can

also produce this sign.

Eye movements — Central structures involved in extraocular movements (oculomotor, trochlear, and

abducens nuclei and the medial longitudinal fasciculus) lie in the brainstem tegmentum; these are controlled

by the frontal eye fields.

Stupor and coma in adults

http://www.uptodate.com/contents/stupor-and-coma-in-adults?view=print[09.07.2011 11:51:48]

Eye position should be noted. Large cerebral lesions produce a persistent conjugate deviation of the eyes

toward the side of the lesion (contralateral to limb paralysis if present). Persistent eye deviation, especially if

accompanied by nystagmus, may also suggest seizures; in this case, the eye deviation is away from the side

of the lesion. Lateral and downward eye deviation (usually with pupillary involvement) suggests oculomotor

involvement of the nerve or midbrain nuclei, while medial deviation suggests sixth nerve palsy.

In the comatose patient, bilateral conjugate roving eye movements which appear full indicate an intact

brainstem and further reflex testing is not required. This is also a good prognostic sign when seen early after

hypoxic ischemic insult. In the absence of this finding, horizontal eye movements can be tested with two

vestibuloocular reflexes (VORs):

In the oculocephalic maneuver (or doll's eyes), the head is abruptly rotated from one side to the other in

the horizontal plane (

figure 1

). When the oculocephalic reflex is present (positive doll's eyes), the eyes

do not turn with the head, but in the opposite direction, as if the patient is maintaining visual fixation on

a single point in space. The cervical spine must be cleared of fracture in any patient with suspected head

trauma before this is performed. This reflex is usually suppressed (and therefore not tested) in conscious

patients.

Caloric testing of the oculovestibular reflex provides a stronger stimulus for reflex eye movements. In

this test, the head or upper torso is inclined 30 degrees up from the horizontal. After inspecting the ears

for obstruction from wax or a perforated drum, at least 50 mL of ice water is injected into the ear canal

using a syringe with a small catheter attached. This stimulus has the same effect on the horizontal

semicircular canal as sustained turning of the head in the opposite direction, and results in sustained

deviation of both eyes toward the ear being stimulated (

figure 3

). Five minutes should intervene before

testing the other side.

A cold caloric response is also present in conscious people, producing not only deviation of the eyes toward the

stimulated ear, but also nystagmus, severe vertigo, nausea, and vomiting. If nystagmus occurs, the patient is

awake and not truly in coma; this can be a useful confirmatory test for psychogenic unresponsiveness.

Vertical eye movements can be tested either by moving the head and neck in the vertical plane or injecting ice

water (causes the eyes to deviate downward in the unconscious patient) or warm water (seven degrees above

body temperature - causes the eyes to deviate upwards) into both ear canals simultaneously.

With brainstem lesions, both VORs are absent or abnormal. If one eye abducts and the other fails to adduct,

this indicates disruption of the medial longitudinal fasciculus in the pons. Upper midbrain lesions, affecting the

third cranial nerve nuclei, may lead to abduction without adduction (usually with pupillary involvement).

Pontine involvement of the sixth nerve nuclei may selectively affect abduction.

Profound toxic or metabolic pathology can also disrupt the VORs, usually the oculocephalic reflex primarily.

Abnormalities are generally symmetric and equally affect abduction and adduction. Absent caloric responses

with normal pupillary reflexes raises the possibility of Wernicke's encephalopathy, which selectively involves

the VOR, sparing other brainstem reflexes. (See 

"Wernicke's encephalopathy", section on 'Classic signs'

.)

However, we have also seen this in some cases of drug intoxication, especially with benzodiazepines.

Corneal reflex — The corneal reflex's afferent limb arises from small unmyelinated pain fibers in the

cornea, the fifth or trigeminal nerve and nucleus, and activates the dorsal parts of both facial nuclei in the

pons. Hence, both orbicularis oculi muscles contract when either cornea is touched. There are also connections

with the oculomotor nucleus, so that the eyeballs move upward in concert with lid closure.

The corneal reflex is tested by gently touching the edge of the cornea with a rolled tissue or cotton swab and

observing the responsive blink. (See 

"The detailed neurologic examination in adults", section on 'Facial

sensation (CN V)'

.)

The reflex can be suppressed acutely contralateral to a large, acute cerebral lesion, and also with intrinsic

brainstem lesions. Loss of the corneal reflex is also an index of the depth of metabolic or toxic coma;

bilaterally brisk corneal reflexes suggest the patient is only mildly narcotized. Absent corneal reflexes 24 hours

Stupor and coma in adults

http://www.uptodate.com/contents/stupor-and-coma-in-adults?view=print[09.07.2011 11:51:48]

after cardiac arrest is usually, but not invariably, an indication of poor prognosis (assuming the patient has not

been sedated). Corneal reflexes may also be reduced or absent at baseline in elderly or diabetic patients [

6,7

].

Coma syndromes — While there are numerous etiologies of coma with diverse presentations as discussed

above, a few specific syndromes are recognizable.

Herniation syndromes — Transtentorial herniation can occur with expanding mass lesions (eg,

intracerebral, subdural, or epidural hemorrhage, large ischemic stroke, abscess, tumor, obstructive

hydrocephalus). The initial impairment of consciousness with supratentorial mass lesions usually relates to

lateral rather than downward displacement. Horizontal shifts of midline structures, (eg, the septum pellucidum

or pineal body) of greater than 8 mm are associated with some impairment of consciousness; patients with

shifts of >11 mm are usually comatose [

8

]. Other signs of increased intracranial pressure (ICP), papilledema,

and Cushing's triad (hypertension, bradycardia, increased ICP) may be observed in this setting.

Further shifts in brain structures can lead to downward, transtentorial herniation (

figure 1

). It is important to

recognize the clinical signs of this process, as this can be rapidly fatal. While the sequence is relatively

predictable, the timing is not; deterioration can be precipitous.

Two variants are recognized: a central herniation and an uncal herniation syndrome. In the latter, more

laterally directed compressive forces lead to asymmetric herniation of the temporal uncus. An ipsilateral third

cranial nerve palsy (pupillary dilation, downward and outward eye deviation) can occur prior to diencephalic

signs as the nerve is displaced and stretched over the clivus [

9

]. Loss of reactivity of the contralateral pupil

usually reflects midbrain damage [

10

]. Hemiplegia due to compression of the cortical spinal tract in the

midbrain often follows immediately. The syndrome then follows the sequence of central herniation, outlined in

the Figure (

figure 1

).