Plum and posner’s diagnosis of stupor and coma fourth Edition series editor sid Gilman, md, frcp

ally the result of a severe head injury, are of-

ten associated with underlying cerebral contu-

sions. Rarely, acute subdural hematomas may

occur without substantial trauma, particularly

in patients on anticoagulants. Rupture of an

aneurysm into the subdural space, sparing the

subarachnoid space, can also cause an acute sub-

dural hematoma. The mass accumulates rapidly,

causing underlying brain edema and herniation.

Ischemic brain edema results when herniation

compresses the anterior or posterior cerebral

arteries and causes ischemic brain damage.

21

Patients with acute subdural hematomas usually

present with coma, and such cases are surgical

emergencies. Early evacuation of the mass pro-

bably improves outcome, but because of un-

derlying brain damage, mortality remains sig-

nificant. Prognostic factors include age, time

from injury to treatment, presence of pupillary

abnormalities, immediate and persisting coma

as opposed to the presence of a lucid interval,

and volume of the mass.

22

Chronic subdural hematomas usually occur

in elderly patients or those on anticoagulants.

Chronic alcoholism, hemodialysis, and intra-

cranial hypotension are also risk factors. A his-

tory of trauma can be elicited in only about one-

half of patients, and then the trauma is usually

minor. The pathogenesis of chronic subdural

hematomas is controversial. One hypothesis is

that minor trauma to an atrophic brain causes a

small amount of bleeding. A membrane forms

Specific Causes of Structural Coma

123

around the blood. Vessels of the membrane

are quite friable and this, plus an increase of fi-

brinolytic products in the fluid, leads to repet-

itive bleeding, causing an enlarging hema-

toma.

23

Another hypothesis is that minor trauma

leads to the accumulation of either serum or ce-

rebrospinal fluid (CSF) in the subdural space.

This subdural hygroma also causes membrane

formation that leads to repetitive bleeding and

an eventual mass lesion.

24

If the hemorrhage is

small and no additional bleeding occurs, the

hematoma may resorb spontaneously. How-

ever, if the hematoma is larger or it is enlarged

gradually by recurrent bleeds, it may swell as

the breakdown of the blood into small mole-

cules causes the hematoma to take on additional

water, thus further compressing the adjacent

brain.

24

In addition, the membrane surrounding

the hematoma contains luxuriant neovascular-

ization that lacks a blood-brain barrier and may

cause additional edema in the underlying brain.

Chronic subdural hematomas are usually uni-

lateral, overlying the lateral cerebral cortex, but

may be subtemporal. They are bilateral in about

20% of patients, and occasionally are interhemi-

spheric (i.e., within the falx cerebri), sometimes

causing bilateral leg weakness by compression

of the medial frontal lobes.

Table 4–2 lists the clinical features of the

typical patient with a chronic subdural hema-

toma who presents with a fluctuating level of

consciousness.

A majority of patients, but no more than

70%, complain of headache. A fluctuating level

of consciousness is common.

23,25,26

There may

be tenderness to percussion of the skull at the

site of the hematoma. About 15% to 30% of

patients present with parenchymal signs such

as seizures, hemiparesis, or visual field defects.

Unusual focal signs such as parkinsonism, dy-

stonia,

27

or chorea occasionally confuse the

clinical picture. Focal signs such as hemipare-

sis or aphasia may fluctuate, giving an appear-

ance similar to transient ischemic attacks.

28

Occasionally patients may have unilateral as-

terixis. Because subdural hematoma can ap-

pear identical to a metabolic encephalopathy

(Chapter 5), imaging is required in any patient

without an obvious cause of the impairment of

consciousness.

The symptoms of subdural hematoma have

a remarkable tendency to fluctuate from day

to day or even from hour to hour, which may

suggest the diagnosis. The pathophysiology of

fluctuations is not clear. Some may reflect in-

creases in ICP associated with plateau waves,

29

and careful clinical observations suggest that

the level of consciousness reflects the patient

moving in and out of diencephalic or uncal

herniation. Given the breakdown in the blood-

brain barrier along the margin of the hema-

toma, this fluctuation may be due to fluid shifts

into and out of the brain, a situation from which

the brain is normally protected. When the brain

is critically balanced on the edge of herniation,

such fluid shifts may rapidly make the difference

between full consciousness and an obtunded

state. Cerebral blood flow in the hemisphere

underlying a subdural hematoma is reduced,

perhaps accounting for some of the unusual cli-

nical symptoms.

30

In favor of the vasogenic edema hypothesis

is the observation that oral administration of

corticosteroids rapidly and effectively reverses

the symptoms in subdural hematoma.

31

Cor-

ticosteroids reduce the leakage of fluid from

capillaries,

32

and they are quite effective in mini-

mizing the cerebral edema associated with sub-

dural hematomas.

Table 4–2 Diagnostic Features

of 73 Patients With Fluctuating Level

of Consciousness Due to Subdural

Hematoma

Unilateral hematoma

62

Bilateral hematomas

11

Mortality

14

(3 unoperated)

Number of patients

in stupor or coma

27

Principal clinical diagnosis before

hematoma discovered

Intracranial mass lesion

or subdural hematoma

24

Cerebral vascular disease, but

subdural hematoma possible

17

Cerebral infarction

or arteriosclerosis

12

Cerebral atrophy

5

Encephalitis

8

Meningitis

3

Metabolic encephalopathy

secondary to systemic illness

3

Psychosis

1

124

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

Subdural hematoma can usually be diagnosed

by CT scanning. Depending on the age of the

bleeding, the contents of the mass between the

dura and the brain may be either hyperdense or

isodense (Figure 4–2). Acute subdural hema-

tomas are hyperdense, with the rare exception of

those occurring in extremely anemic patients and

those in whom CSF has entered the subdural

space, diluting the blood. Although the hema-

toma may become isodense with brain after 2 to

3 weeks, it may still contain areas of hyperdense

fresh blood, assisting with the diagnosis. How-

ever, if the entire mass is isodense and contrast

is not given, the subdural hematoma may be

Figure 4–2. A series of magnetic resonance imaging scans through the brain of Patient 4–1 demonstrating bilateral

subdural hematomas and their evolution over time. In the initial scan from 6/19/02 (A, B), there is an isodense subdural

hematoma of 11.5 mm thickness on the right (left side of image) and 8 mm thickness on the left. The patient was treated

conservatively with oral prednisone, and by the time of the second scan 1 month later (C, D), the subdural hematomas

were smaller and hypodense and the underlying brain was less edematous. By the end of the second month (E, F), the

subdural hematomas had been almost completely resorbed.

Specific Causes of Structural Coma

125

difficult to distinguish from brain tissue, partic-

ularly if the hematomas are bilaterally symmet-

ric and do not cause the brain to shift. The lack

of definable sulci in the area of the hematoma

and a ‘‘supraphysiologic’’-appearing brain in an

elderly individual (i.e., a brain that lacks atro-

phy and deep sulci, usually seen with aging) are

clues to the presence of bilateral isodense sub-

dural hematomas. Chronic subdurals may be-

come hypodense. A CT scan with contrast clearly

defines the hematoma as the membranes, with a

luxuriant, leaky vascular supply, enhance pro-

fusely. MRI scanning can also define the hema-

toma, but the density is a complex function of

the sequence used and age of the hemorrhage.

Lumbar puncture is potentially dangerous

in a patient with a subdural hematoma. If the

brain is balanced on the edge of herniation, the

sudden relief of subarachnoid pressure from

below may further enhance the pressure cone

and lead to frank herniation. In such patients,

the CSF pressure may be low, due to the block-

age at the foramen magnum, leading to a false

sense of security. Hence, all patients who have

an impaired level of consciousness require an

imaging study of the brain prior to lumbar pun-

cture, even if meningitis is a consideration.

33

This issue is discussed further in the section on

meningitis on page 133.

The treatment of subdural hematomas has

traditionally been surgical.

34

Three surgical pro-

cedures, twist drill drainage, burr hole drainage,

and craniotomy with excision of membranes,

are used.

34,35

The procedure chosen depends

on whether the subdural hematoma has de-

veloped membranes, requiring more extensive

drainage, or is complex and compartmentalized,

requiring excision of the membranes. The out-

come of treatment varies in different series and

probably reflects differences in the patient pop-

ulation.

34

Although there have been no randomized

clinical trials of medical treatment of subdural

hematomas, many patients who have modest-

sized subdural hematomas with minimal symp-

toms (typically only a headache) and consider-

able ventricular and cisternal space, so there is

no danger of herniation, can be treated conser-

vatively with corticosteroids for several months

until the hematoma resorbs.

31,36

However, sub-

dural hematomas have a tendency to recur after

both medical and surgical therapy, and patients

must be followed carefully for the first several

months after apparently successful treatment.

Patient 4–1

A 73-year-old professor of art history developed

chronic bifrontal, dull headache. He had no his-

tory of head trauma, but was taking 81 mg of as-

pirin daily for cardiovascular prophylaxis. He felt

mentally dulled, but his neurologic examination

was normal. CT scan of the brain disclosed bilat-

eral chronic (low density) subdural hematomas of

8 mm depth on the left and 11.5 mm on the right.

He was started on 20 mg/day of prednisone with

immediate resolution of the headaches, and over

a period of 2 months serial CT scans showed that

the hematoma resolved spontaneously (see Figure

4–2). Repeat scan 3 months later showed no re-

currence.

Epidural Abscess/Empyema

In developing countries, epidural infections are

a feared complication of mastoid or sinus in-

fection.

37

In developed countries, neurosurgi-

cal procedures,

38

particularly second or third

craniotomies in the same area, and trauma are

more likely causes.

39

Sinusitis and otitis, if in-

adequately treated, may extend into the epidu-

ral space, either along the base of the temporal

lobe or along the surface of the frontal lobe.

The causative organisms are usually aerobic and

anaerobic streptococci if the lesion originates

from the ear or the sinuses, and Staphylococ-

cus aureus if from trauma or surgery. The pa-

tient typically has local pain and fever. Vomiting

is common

37

; focal skull tenderness and me-

ningism suggest infection rather than hemor-

rhage. The pathophysiology of impairment of

consciousness is similar to that of an epidural

hematoma, except that epidural empyema typ-

ically has a much slower course and is not asso-

ciated with acute trauma. CT scan is character-

ized by a crescentic or lentiform mass between

the skull and the brain with an enhanced rim.

Diffusion is restricted on diffusion-weighted

MRI, distinguishing it from hematomas or effu-

sions where diffusion is normal or increased.

40,41

Antibiotics and surgical drainage are effective

treatments.

38

The causal organisms can usually

be cultured to allow appropriate selection of

antibiotics. Some children whose epidural ab-

scess originates from the sinuses can be treated

126

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

conservatively with antibiotics and drainage of

the sinus rather than the epidural mass.

42

Dural and Subdural Tumors

A number of tumors and other mass lesions may

invade the dura and compress the brain. These

lesions include dural metastases,

43

primary tu-

mors such as hemangiopericytoma,

44

hema-

topoietic neoplasms (plasmacytoma, leukemia,

lymphoma), and inflammatory diseases such as

sarcoidosis.

44

These are often mistaken for the

most common dural tumor, meningioma.

45

Meningiomas can occur anywhere along the

dural lining of the anterior and middle cranial

fossas. The most common locations are over

the convexities, along the falx, or along the base

of the skull at the sphenoid wing or olfactory

tubercle. The tumors typically present by com-

pression of local structures. In some cases, this

produces seizures, but over the convexity there

may be hemiparesis. Falcine meningiomas may

present with hemiparesis and upper motor neu-

ron signs in the contralateral lower extremity;

the ‘‘textbook presentation’’ of paraparesis is

quite rare. If the tumor occurs near the frontal

pole, it may compress the medial prefrontal

cortex, causing lapses in judgment, inconsis-

tent behavior, and, in some cases, an apathetic,

abulic state. Meningioma underlying the orbi-

tofrontal cortex may similarly compress both

frontal lobes and present with behavioral and

cognitive dysfunction. When the tumor arises

from the olfactory tubercle, ipsilateral loss of

smell is a clue to the nature of the problem.

Meningiomas of the sphenoid wing may invade

the cavernous sinus and cause impairment of

the oculomotor (III), trochlear (IV), and abdu-

cens nerves (VI) as well as the first division of

the trigeminal nerve (V

1

).

On rare occasions, a meningioma may first

present symptoms of increased intracranial

pressure or even impaired level of conscious-

ness. Acute presentation with impairment of

consciousness may also occur with hemorrhage

into a meningioma. Fortunately, this condition

is rare, involving only 1% to 2% of meningio-

mas, and may suggest a more malignant phe-

notype.

46

In such cases, the tumor typically has

reached sufficient size to cause diencephalic

compression or herniation. There is often con-

siderable edema of the adjacent brain, which

may be due in part to the leakage of blood ves-

sels in the tumor or to production by the tumor

of angiogenic factors.

47

Treatment with corti-

costeroids reduces the edema and may be life-

saving while awaiting a definitive surgical pro-

cedure.

On CT scanning, meningiomas are typically

isodense with brain, although they may have

areas of calcification. On MRI scan, a typical

meningioma is hypointense or isointense on

T1-weighted MRI and usually hypointense on

T2. In either imaging mode, the tumor uni-

formly and intensely enhances with contrast

unless it is heavily calcified, a situation where

the CT scan may give more accurate informa-

tion. The CT scan may also help in identifying

bone erosion or hyperostosis, the latter rather

characteristic of meningiomas. Meningiomas

typically have an enhancing dural tail that

spreads from the body of the tumor along the

dura, a finding less common in other dural tu-

mors. The dural tail is not tumor, but a hyper-

vascular response of the dura to the tumor.

48

Dural malignant metastases and hematopoi-

etic tumors grow more rapidly than meningio-

mas and cause more underlying brain edema.

Thus, they are more likely to cause alterations of

consciousness and, if not detected and treated

early enough, cerebral herniation. Breast and

prostate cancer and M4-type acute myelomo-

nocytic leukemia have a particular predilection

for the dura, and that may be the only site of

metastasis in an otherwise successfully treated

patient. CT and MRI scans may be similar to

those of meningioma, the diagnosis being esta-

blished only by surgery.

PITUITARY TUMORS

Tumors of the pituitary fossa are outside the

brain and its coverings, separated from the sub-

arachnoid space by the diaphragma sellae, a

portion of the dura that covers the pituitary fossa

but that contains an opening for the pituitary

stalk. Pituitary tumors may cause alterations of

consciousness, either by causing endocrine fail-

ure (see Chapter 5) or by hemorrhage into the

pituitary tumor, so-called pituitary apoplexy.

49

Pituitary adenomas typically cause symptoms

by growing out of the pituitary fossa. Because

the optic chiasm overlies the pituitary fossa,

the most common finding is bitemporal hemi-

anopsia. If the tumor extends laterally through

the wall of the sella turcica into the cavern-

ous sinus, there may be impairment of cranial

Specific Causes of Structural Coma

127

nerves III, IV, VI, or V1. In some cases, pituitary

tumors may achieve a very large size by supra-

sellar extension. These tumors compress the

overlying hypothalamus and basal forebrain and

may extend up between the frontal lobes or

backward down the clivus. Such tumors may

present primarily with prefrontal signs, or signs

of increased ICP, but they occasionally present

with impairment of consciousness.

The most common endocrine presentation in

women is amenorrhea and in some galactorrhea

due to high prolactin secretion. Prolactin is the

only pituitary hormone under inhibitory con-

trol; if a pituitary tumor damages the pituitary

stalk, other pituitary hormones fall to basal lev-

els, but prolactin levels rise. Most pituitary ad-

enomas are nonsecreting tumors, but some

pituitary tumors may secrete anterior pituitary

hormones, resulting in Cushing’s syndrome (if

the tumor secretes adrenocorticotropic hor-

mone [ACTH]), hyperthyroidism (if it secretes

thyroid-stimulating hormone [TSH]), galactor-

rhea/amenorrhea (if it secretes prolactin), or

acromegaly (if it secretes growth hormone).

Pituitary adenomas may outgrow their blood

supply and undergo spontaneous infarction or

hemorrhage. Pituitary apoplexy

49

presents with

the sudden onset of severe headache, signs of

local compression of the optic chiasm, and some-

times the nerves of the cavernous sinus.

50,51

There may be subarachnoid blood and there

often is impairment of consciousness. It is not

clear if the depressed level of consciousness is

due to the compression of the overlying hypo-

thalamus, the release of subarachnoid blood (see

below), or the increase in intracranial pressure.

If there are cranial nerve signs, pituitary apo-

plexy is often sufficiently characteristic to be

diagnosed clinically, but if the main symptoms

are due to subarachnoid hemorrhage, it may be

confused with meningitis or meningoencepha-

litis

52

; the correct diagnosis is easily confirmed

by MRI or CT scan (Figure 4–3). If the tumor

is large, it typically requires surgical interven-

tion. However, subarachnoid hemorrhage can

be treated conservatively. The hemorrhage may

destroy the tumor; careful follow-up will deter-

mine whether there is remaining tumor that

continues to endanger the patient.

Craniopharyngiomas are epithelial neo-

plasms that are thought to arise from a remnant

of Rathke’s pouch, the embryologic origin of

the anterior pituitary gland.

53

The typical pre-

sentation is similar to that of a pituitary tumor,

but craniopharyngiomas are often cystic and

may rupture, releasing thick fluid into the sub-

arachnoid space that may cause a chemical

meningitis (see below). Craniopharyngiomas

are more common in childhood, but there is a

second peak in the seventh decade of life.

54

Figure 4–3. Images from a patient with pituitary apoplexy. This 63-year-old man had a severe headache with sudden onset

of left III and IV nerve palsies. In A, the examiner is holding the left eye open because of ptosis, and the patient is trying to

look to his right. An MRI scan, B, shows a hemorrhage (bright white on T1 imaging) into a large pituitary tumor that is

invading the left cavernous sinus (arrow). The tumor abuts the optic chiasm. In pituitary apoplexy, there may be sudden

visual loss in either or both eyes if the optic nerves are compressed, or in a bitemporal pattern if the chiasm is compressed,

as well as impairment of some combination of cranial nerves III, IV, VI, and V

1

.

128

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma