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

in the tumor. Patients present with headache,

dizziness, and ataxia. Because the symptoms are

rarely acute, MRI scanning can usually be ob-

tained. The contrast-enhanced image will not

only identify the enhancing cerebellar tumor,

but will also inform the physician whether there

are other metastatic lesions and whether hydro-

cephalus is present. The treatment of a single

metastasis in the cerebellum is generally surgi-

cal or, in some instances, by radiosurgery.

128

Multiple metastases are treated with radiation

therapy.

Pontine Hemorrhage

Although pontine hemorrhage compresses the

brainstem, it causes damage as much by tis-

sue destruction as by mass effect (Figure 4–9).

Hemorrhage into the pons typically produces

Table 4–11 Clinical Features of Cerebellar Abscesses

Cases Before 1975

(N ¼ 47)*

Cases After 1975

(N ¼ 77)

{

No.

%

No.

%

Symptoms

Headache

47

100

74

96

Vomiting

39

83

Drowsiness

32

66

Unsteadiness

23

49

Confusion

16

34

Ipsilateral limb weakness

6

13

Visual disturbances

4

8

Blackout

3

6

Signs

Nystagmus

35

74

Meningismus

31

66

59

77

Cerebellar signs

27

57

40

52

Papilledema

21

45

Fever

16

34

70

90

Sixth nerve palsy

2

4

7

15

Depressed consciousness

32

66

44

57

*Data from Shaw and Russell.

175

{

Data from Nadvi et al.

173

150

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

the characteristic pattern of sudden onset of

unconsciousness with tiny but reactive pupils

(although it may require a magnifying glass or

the plus 20 lens of the ophthalmoscope to vi-

sualize the light response). Most patients have

impairment of oculocephalic responses, and

eyes may show skew deviation, ocular bobbing,

or one of its variants. Patients may have decer-

ebrate rigidity, or they may demonstrate flac-

cid quadriplegia. We have seen one patient in

whom a hematoma that dissected along the

medial longitudinal fasciculus, and caused ini-

tial vertical and adduction ophthalmoparesis,

was followed about an hour later by loss of con-

sciousness (see Patient 2–1). However, in most

patients, the onset of coma is so sudden that

there is not even a history of a complaint of

headache.

180

SUPRATENTORIAL DESTRUCTIVE

LESIONS CAUSING COMA

The most common supratentorial destructive

lesions causing coma result from either anoxia

or ischemia, although the damage may occur

due to trauma, infection, or the associated im-

mune response. To cause coma, a supraten-

torial lesion must either involve bilateral cor-

tical or subcortical structures multifocally or

diffusely or affect the thalamus bilaterally.

Following recovery from the initial insult, the

Figure 4–9. A pair of scans without contrast from two patients with pontine strokes. (A) A noncontrast computed to-

mography scan demonstrating a small hemorrhage into the right pontine base and tegmentum in a 55-year-old man with

hypertension, who presented with left hemiparesis and dysarthria. He was treated by blood pressure control and improved

markedly. (B) A diffusion-weighted magnetic resonance imaging (MRI) scan of a medial pontine infarct in a 77-year-old

man with hypertension, hyperlipidemia, and prior history of coronary artery disease. He presented with left hemiparesis,

dysarthria, and diplopia. On examination, there was right lateral gaze paresis and inability to adduct either eye on lateral

gaze (one-and-a-half syndrome). There was extensive irregularity of the vertebrobasilar vessels on MR angiogram. He was

treated with anticoagulants and improved slowly, although with significant residual diplopia and left hemiparesis at discharge.

Specific Causes of Structural Coma

151

coma is usually short lived, the patient either

awakening, entering a persistent vegetative

state within a few days or weeks, or dying (see

Chapter 9).

VASCULAR CAUSES

OF SUPRATENTORIAL

DESTRUCTIVE LESIONS

Diffuse anoxia and ischemia, including carbon

monoxide poisoning and multiple cerebral em-

boli from fat embolism

181

or cardiac surgery,

182

are discussed in detail in Chapter 5. We will

concentrate here on focal ischemic lesions that

can cause coma.

Carotid Ischemic Lesions

Unilateral hemispheric infarcts due to carotid

or middle cerebral occlusion may cause a quiet,

apathetic, or even confused appearance, as the

remaining cognitive systems in the patient’s

functional hemisphere attempt to deal with the

sudden change in cognitive perspective on the

world. This appearance is also seen in patients

during a Wada test, when a barbiturate is in-

jected into one carotid artery to determine the

lateralization of language function prior to sur-

gery. The appearance of the patient may be

deceptive to the uninitiated examiner; acute

loss of language with a dominant hemisphere

lesion may make the patient unresponsive to

verbal command, and acute lesions of the non-

dominant hemisphere often cause an ‘‘eye-

opening apraxia,’’ in which the patient keeps his

or her eyes closed, even though awake. How-

ever, a careful neurologic examination demon-

strates that despite the appearance of reduced

responsiveness, true coma rarely occurs in such

cases.

183

In the rare cases where unilateral carotid oc-

clusion does cause loss of consciousness, there

is nearly always an underlying vascular abnor-

mality that explains the observation.

184,185

For

example, there may be pre-existing vascular

anomaly or occlusion of the contralateral ca-

rotid artery, so that both cerebral hemispheres

may be supplied, across the anterior commu-

nicating artery, by one carotid. In the absence

of such a situation, unilateral carotid occlusion

does not cause acute loss of consciousness.

Patients with large hemispheric infarcts are

nearly always hemiplegic at onset, and if in

the dominant hemisphere, aphasic as well. The

lesion can be differentiated from a cerebral

hemorrhage by CT scan that, in the case of in-

farct, may initially appear normal or show only

slight edema with loss of gray-white matter

distinction (Figure 4–10). MRI scans, however,

show marked hyperintensity on the diffusion-

weighted image, indicating ischemia. Symptoms

may be relieved by early use of thrombolytic

agents,

186

but only if the stroke is identified and

treated within a few hours of onset. There are

currently no neuroprotective agents that have

demonstrated effectiveness. Patients with mas-

sive infarcts should be given good support-

ive care to ensure adequate blood flow, oxygen,

and nutrients to the brain, but hyperglyce-

mia should be avoided as it worsens the out-

come.

187,188

These patients are best treated in

a stroke unit

189

; they should be watched care-

fully for the development of brain edema and

increased ICP.

Although impairment of consciousness is

rare as an immediate result of carotid occlusion,

it may occur 2 to 4 days after acute infarction in

the carotid territory, as edema of the infarcted

hemisphere causes compression of the other

hemisphere and the diencephalon, and may

even result in uncal or central herniation.

186,190

This problem is presaged by increasing leth-

argy and pupillary changes suggesting either

central or uncal herniation. Many patients who

survive the initial infarct succumb during this

period. The swelling does not respond to cor-

ticosteroids as it is cytotoxic in origin. It may

be diminished transiently with mannitol or hy-

pertonic saline,

191

but these agents soon equil-

ibrate across the blood-brain barrier and cease

to draw fluid out of the brain, if they ever

did

192,193

(see Chapter 7). Surgical resection of

the infarcted tissue may improve survival,

194,195

but this approach often results in a severely

impaired outcome. Decompressive craniotomy

(removing bone overlying the damaged hemi-

sphere) may increase survival, but many of the

patients have a poor neurologic outcome.

196

Distal Basilar Occlusion

Distal basilar occlusion typically presents with

a characteristic set of findings (the ‘‘top of the

basilar syndrome’’) that can include impairment

152

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

of consciousness.

197

The basilar arteries give

rise to the posterior cerebral arteries, which

perfuse the caudal medial part of the hemi-

spheres. The posterior cerebral arteries also

give rise to posterior choroidal arteries, which

perfuse the caudal part of the hippocampal

formation, the globus pallidus, and the lateral

geniculate nucleus.

198

In addition, thalamoper-

forating arteries originating from the basilar

tip, posterior cerebral arteries, and posterior

communicating arteries supply the caudal part

of the thalamus.

199

Occlusion of the distal pos-

terior cerebral arteries causes bilateral blind-

ness, paresis, and memory loss. Some patients

Figure 4–10. Development of cerebral

edema and herniation in a patient with

a left middle cerebral artery infarct. A

90-year-old woman with hypertension

and diabetes had sudden onset of global

aphasia, right hemiparesis, and left gaze

preference. (A) A diffusion-weighted

magnetic resonance imaging scan and

(B) an apparent diffusion coefficient

(ADC) map, which identify the area of

acute infarction as including both the an-

terior and middle cerebral artery ter-

ritories. The initial computed tomogra-

phy scan (C, D) identified a dense

left middle cerebral artery (arrow), indi-

cating thrombosis, and swelling of the

sulci on the left compared to the right,

consistent with the region of restricted

diffusion shown on the ADC map. By

48 hours after admission, there was

massive left cerebral edema, with the

medial temporal lobe herniation com-

pressing the brainstem (arrow E) and

subfalcine herniation of the left cingu-

late gyrus (arrow in F) and massive

midline shift and compression of the

left lateral ventricle. The patient died

shortly after this scan.

Specific Causes of Structural Coma

153

who are blind deny their condition (Anton’s

syndrome). However, the infarction does not

cause loss of consciousness. On the other hand,

more proximal occlusion of the basilar artery

that reduces perfusion of the junction of the

midbrain with the posterior thalamus and

hypothalamus bilaterally can cause profound

coma.

197,200–202

Isolated thalamic infarction can cause a wide

variety of cognitive problems, depending on

which feeding vessels are occluded (Table 4–

14). Castaigne and colleagues

203

and others

204

have provided a comprehensive analysis of

clinical syndromes related to occlusion of each

vessel (Table 4–12). Surprisingly, even bilateral

thalamic injuries are typically not associated with

a depressed level of consciousness unless there

is some involvement of the paramedian mes-

encephalon.

205,206

Most such patients become

more responsive within a few days, although the

prognosis for full recovery is poor.

207

Venous Sinus Thrombosis

The venous drainage of the brain is susceptible

to thrombosis in the same way as other venous

circulations.

208

Most often, this occurs during a

hypercoagulable state, related either to dehy-

dration, infection, or childbirth, or associated

with a systemic neoplasm.

209,210

The throm-

bosis may begin in a draining cerebral vein, or

it may involve mainly one or more of the dural

sinuses. The most common of these conditions

is thrombosis of the superior sagittal sinus.

210

Such patients complain of a vertex headache,

which is usually quite severe. There is in-

creased ICP, which may be as high as 60 cm of

water on lumbar puncture and often causes

papilledema. The CSF pressure may be suffi-

ciently high to impair brain perfusion. There is

also an increase in venous back-pressure in the

brain (due to poor venous drainage), and so the

arteriovenous pressure gradient is further re-

duced, and cerebral perfusion is at risk. This

causes local edema and sometimes frank in-

farction. For example, in sagittal sinus throm-

bosis, the impaired venous outflow from the

paramedian walls of the cerebral hemisphere

may result in bilateral lower extremity hy-

perreflexia and extensor plantar responses, and

sometimes even paraparesis. Extravasation into

the infarcted tissue, due to continued high

perfusion pressure, causes local hemorrhage,

hemorrhagic CSF, and seizures.

Thrombosis of the lateral sinus causes pain

in the region behind the ipsilateral ear. The

thrombosis may be associated with mastoiditis,

in which case the pain due to the sinus throm-

bosis may be overlooked. If the outflow through

the other lateral sinus remains patent, there

may be little or no change in CSF pressure.

However, the lateral sinuses are often asym-

metric, and if the dominant one is occluded,

there may not be sufficient venous outflow

from the intracranial space. This may cause

impairment of CSF outflow as well, a condition

that is sometimes known as ‘‘otitic hydro-

cephalus.’’ There typically is also venous stasis

in the adjacent ventrolateral wall of the tem-

poral lobe. Infarction in this area may pro-

duce little in the way of focal signs, but hem-

orrhage into the infarcted tissue may produce

seizures.

Thrombosis of superficial cortical veins may

be associated with local cortical dysfunction,

but more often may present with seizures and

focal headache.

211

Thrombosis of deep cere-

bral veins, such as the internal cerebral veins

or vein of Galen, or even in the straight sinus

generally presents as a rapidly progressive syn-

drome with headache, nausea and vomiting,

and then impaired consciousness progressing

to coma.

212,213

Impaired blood flow in the thal-

amus and upper midbrain may lead to venous

infarction, hemorrhage, and coma. Venous

thrombosis associated with coma generally has

a poor prognosis, whereas awake and alert pa-

tients usually do well.

210

Venous occlusion is suggested when the

pattern of infarction does not match an arterial

distribution, especially if the infarct contains a

region of hemorrhage. However, in many cases

of venous sinus thrombosis, there will be little,

if any, evidence of focal brain injury. In those

cases, the main clues will often be elevated

pressure with or without red cells in the CSF.

Sometimes lack of blood flow in the venous

sinus system will be apparent even on routine

CT or MRI scan, although often it is not clearly

evident. Either CT or MR venogram can eas-

ily make the diagnosis, but neither is a rou-

tine study, and unless the examining physi-

cian thinks of the diagnosis and asks for the

study, the diagnosis may be overlooked. Al-

though no controlled trials prove efficacy,

214

154

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

Table 4–12 Thalamic Arterial Supply and Principal Clinical Features of

Focal Infarction

Thalamic Blood Vessel

Nuclei Irrigated

Clinical Features Reported

Tuberothalamic artery (arises

from middle third of posterior

communicating artery)

Reticular, intralaminar, VA,

rostral VL, ventral pole of

MD, anterior nuclei (AD,

AM, AV), ventral internal

medullary lamina, ventral

amygdalofugal pathway,

mamillothalamic tract

Fluctuating arousal and orientation

Impaired learning, memory,

autobiographic memory

Superimposition of temporally

unrelated information

Personality changes,

apathy, abulia

Executive failure, perseveration

True to hemisphere: language if VL

involved on left; hemispatial

neglect if right sided

Emotional expression, acalculia,

apraxia

Paramedian artery

(arises from P1 segment

of posterior cerebral artery)

MD, intralaminar (CM, Pf,

CL), posteromedial VL,

ventromedial pulvinar,

paraventricular, LD,

dorsal internal medullary

lamina

Decreased arousal (coma vigil

if bilateral)

Impaired learning and

memory, confabulation, temporal

disorientation, poor autobio-

graphic memory

Aphasia if left sided, spatial deficits

if right sided

Altered social skills and

personality, including

apathy, aggression, agitation

Inferolateral artery

(arises from P2 segment

of posterior cerebral artery)

Principal inferolateral branches

Ventroposterior complexes:

VPM, VPL, VP1

Ventral lateral nucleus,

ventral (motor) part

Sensory loss (variable extent,

all modalities)

Hemiataxia

Hemiparesis

Postlesion pain syndrome

(Dejerine-Roussy): right

hemisphere predominant

Medial branches

Medial geniculate

Auditory consequences

Inferolateral pulvinar branches

Rostral and lateral

pulvinar, LD nucleus

Behavioral

Posterior choroidal artery

(arises from P2 segment of

posterior cerebral artery)

Lateral branches

LGN, LD, LP, inferolateral

parts of pulvinar

Visual field loss (hemianopsia,

quadrantanopsia)

Medial branches

MGN, posterior parts of CM

and CL, pulvinar

Variable sensory loss, weakness,

aphasia, memory impairment,

dystonia, hand tremor

Modified from Schmahmann,

197

with permission.

155

anticoagulation and thrombolytic therapy are

believed to be effective

210,215

; some thrombi

recanalize spontaneously.

Vasculitis

Vasculitis affecting the brain either can occur

as part of a systemic disorder

216

(e.g., polyar-

teritis nodosa, Behc¸et’s syndrome) or can be

restricted to the nervous system (e.g., CNS

granulomatous angiitis).

217

The disorder can

affect large or small vessels. Vasculitis causes

impairment of consciousness by ischemia or

infarction that either affects the hemispheres

diffusely or the brainstem arousal systems. The

diagnosis can be suspected in a patient with

headache, fluctuating consciousness, and focal

neurologic signs (Table 4–13). Granulomatous

angiitis, the most common CNS vasculitis, is

discussed here. Other CNS vasculopathies are

discussed in Chapter 5 (see page 273).

The CSF may contain an increased number

of lymphocytes or may be normal. The CT scan

may likewise be normal, but MRI usually dem-

onstrates areas of ischemia or infarction. Mag-

netic resonance angiography may demonstrate

multifocal narrowing of small blood vessels or

may be normal. High-resolution arteriography

is more likely to demonstrate small vessel ab-

normalities. A definitive diagnosis can be made

only by biopsy. Even then, because of sampling

error, biopsy may not establish the diagno-

sis. The treatment depends on the cause of

vasculitis; most of the disorders are immune

mediated and are treated by immunosuppres-

sion, usually with corticosteroids and cyclo-

phosphamide.

218

INFECTIONS AND

INFLAMMATORY CAUSES

OF SUPRATENTORIAL

DESTRUCTIVE LESIONS

Viral Encephalitis

Although bacteria, fungi, and parasites can all

invade the brain (encephalitis) with or without

involvement of the meninges (meningoenceph-

alitis), they tend to form localized infections.

Viral encephalitis, by distinction, is often wide-

spread and bilateral, and hence coma is a com-

mon feature. The organisms destroy tissue both

by direct invasion and as a result of the im-

mune response to the infectious agent. They

may further impair neurologic function as toxins

Table 4–13 Symptoms and Signs in 78 Reported Cases of

Patients With Documented Central Nervous System

Granulomatous Angitis

Symptom/Sign

No. at

Onset

Total No. Recorded

During the Course

of the Disease

Mental changes

45

61

Headache

42

42

Coma

0

42

Focal weakness

12

33

Seizure

9

18

Fever

16

16

Ataxia

7

11

Aphasia

4

10

Visual changes (diplopia, amaurosis,

and blurring)

7

9

Tetraparesis

0

9

Flaccid or spastic paraparesis