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

Level of Consciousness

Alert

15 (0)

Drowsy

21 (3)

Stuporous

4 (3)

Coma

40 (32)

Respiratory Disturbance

Yes

37 (29)

Brachycardia

Yes

34 (23)

Hyperthermia

Yes

32 (30)

Pupils

Normal

29 (1)

Anisocoria

29 (11)

Pinpoint

23 (17)

Mydriasis

9 (9)

Motor Disturbance

Hemiplegia

34 (4)

Tetraplegia

22 (17)

Decerebrate posture*

16 (14)

*Number that died in parentheses.

Modified from Murata.

250

Specific Causes of Structural Coma

167

Patient 4–7

A 54-year-old man with poorly treated hyperten-

sion was playing tennis when he suddenly col-

lapsed on the court. The blood pressure was 170/

90 mm Hg; the pulse was 84 per minute; respi-

rations were Cheyne-Stokes in character and 16

per minute. The pupils were pinpoint but reacted

equally to light; eyes were slightly dysconjugate

with no spontaneous movement, and vestibulo-

ocular responses were absent. The patient was flac-

cid with symmetric stretch reflexes of normal am-

plitude and bilateral flexor withdrawal responses

in the lower extremities to plantar stimulation. CT

scan showed a hemorrhage into the pontine teg-

mentum. The next morning he was still in deep

coma, but now was diffusely flaccid except for

flexor responses to noxious stimuli in the legs.

He had slow, shallow, eupneic respiration; small,

equally reactive pupils; and eyes in the neutral

position. Shortly thereafter, breathing became ir-

regular and he died. A 3-cm primary hemorrhage

destroying the central pons and its tegmentum was

found at autopsy.

The clinical features in Patient 4–7, includ-

ing coma in the absence of motor responses,

corneal reflexes, and oculocephalic responses,

predicted the poor outcome.

258

In addition, if

CT scanning shows a hematoma greater than

4 mL, hemorrhage in a ventral location,

259

evidence of extension into the midbrain and

thalamus, or hydrocephalus on admission, the

prognosis is poor.

258

Primary hemorrhage into the medulla is

rare.

251

Patients present with ataxia, dyspha-

gia, nystagmus, and tongue paralysis. Respira-

tory and cardiovascular area may occur, leav-

ing the patient paralyzed and unable to breathe,

but not unconscious.

Basilar Migraine

Altered states of consciousness are an uncom-

mon but distinct aspect of what Bickerstaff

called basilar artery migraine,

260

associated with

prodromal symptoms that suggest brainstem

dysfunction. The alteration in consciousness

can take any of four major forms: confusional

states, brief syncope, stupor, and unarousable

coma. Although not technically a destructive

lesion, and with a pathophysiology that is not

understood, basilar migraine clearly causes pa-

renchymal dysfunction of the brainstem that

is often mistaken for a brainstem ischemic at-

tack.

Alterations in consciousness often last longer

than the usual sensorimotor auras seen with mi-

graine. Encephalopathy and coma in migraine

occur in patients with familial hemiplegic mi-

graine associated with mutations in a calcium

channel

261

and in patients with the disorder

known as cerebral autosomal dominant arter-

iopathy with subcortical infarcts and leukoen-

cephalopathy (CADASIL)

262

(see page 276,

Chapter 5). The former often have fixed cer-

ebellar signs and the latter multiple hyperin-

tensities of the white matter on MR scanning.

Blood flow studies concurrent with migraine

aura have demonstrated both diffuse and focal

cerebral vasoconstriction, but this is an insuf-

ficient explanation for the striking focal symp-

toms in basilar migraine; however, some clini-

cal lesions suggestive of infarction can be found

in patients with migraine significantly more of-

ten than in controls.

263

Selby and Lance

264

observed that among 500

consecutive patients with migraine, 6.8% had

prodromal episodes of confusion, automatic be-

havior, or transient amnesia, while 4.6% actually

fainted. The confusional and stuporous attacks

can last from minutes to as long as 24 hours or,

rarely, more. They range in content from quiet

disorientation through agitated delirium to un-

responsiveness in which the patient is barely

arousable. Transient vertigo, ataxia, diplopia,

hemianopsia, hemisensory changes, or hemipa-

resis changes may immediately precede the

mental changes. During attacks, most observers

have found few somatic neurologic abnormali-

ties, although occasional patients are reported

as having oculomotor palsies, pupillary dilation,

or an extensor plantar response. A few patients,

at least briefly, have appeared to be in unarous-

able coma.

Posterior Reversible

Leukoencephalopathy Syndrome

Once believed to be associated only with ma-

lignant hypertension (hypertensive encepha-

lopathy),

265

posterior reversible leukoenceph-

alopathy syndrome (PRES) is known to be

caused by several illnesses that affect endothe-

168

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

lial cells, particularly in the posterior cerebral

circulation.

266

Among the illnesses other than

hypertension, pre-eclampsia and immunosup-

pressive and cytotoxic agents (e.g., cyclosporin,

cisplatin) are probably the most common cau-

ses. Vasculitis, porphyria, and thrombotic

thrombocytopenic purpura are also reported

causes, as is occasionally migraine. Posterior

leukoencephalopathy is characterized by vaso-

genic edema of white matter of the posterior

circulation, particularly the occipital lobes, but

sometimes including the brainstem. Clinically,

patients acutely develop headache, confusion,

seizures, and cortical blindness; coma is rare.

The MRI reveals vasogenic edema primarily

affecting the occipital and posterior parietal

lobes. Brainstem and cerebellum may also be af-

fected. With appropriate treatment (controlling

hypertension or discontinuing drugs), symp-

toms resolve. In patients with pre-eclampsia

who are pregnant, intravenous infusion of mag-

nesium sulfate followed by delivery of the fe-

tus has a similar effect. If PRES due to pre-

eclampsia occurs in the postpartum period, im-

mediate administration of magnesium sulfate

followed by treatment for several weeks with

verapamil is often effective, in our experience.

The differential diagnosis includes posterior

circulation infarction, venous thrombosis, and

metabolic coma (Table 4–19 and Patient 5–8).

INFRATENTORIAL

INFLAMMATORY DISORDERS

The same infective agents that affect the ce-

rebral hemispheres can also affect the brain-

stem and cerebellum. Encephalitis, meningi-

tis, and abscess formation may either be part

of a more generalized infective process or be

Table 4–19 Common Differential Diagnoses of Posterior Leukoencephalopathy

Syndrome

Posterior

Leukoencephalopathy

Central Venous

Thrombosis

Top of Basilar

Syndrome

Predisposing

factors

Eclampsia, renal failure,

cytotoxic and

immunosuppressive

agents, hypertension

Pregnancy, puerperium,

dehydration

Risk factors for

stroke, cardiac

disorders

Onset and

progression

Acute, evolves in days

Acute, evolves in days

Sudden, evolves

in hours

Clinical features

Seizures precede all other

manifestations, visual

aura, cortical blindness,

confusion, headache,

rarely focal deficit

Headaches, seizures,

stupor or coma, focal

neurologic deficits

(monoparesis or

hemiparesis), papilledema,

evidence of venous

thrombosis elsewhere,

infrequently hypertensive

Cortical blindness,

hemianopia,

confusional state,

brainstem signs,

cerebral signs,

rarely seizures

Imaging features

Predominantly white

matter edema in

bilateral occipital and

posterior parietal regions,

usually spares paramedian

brain parenchyma

Hemorrhage and ischemic

infarcts, small ventricles,

‘‘cord sign’’ caused by

hyperdense thrombosed

vein, evidence of major

venous sinus thrombosis

on MRI

Infarcts of bilateral

paracalcarine

cortex, thalamus,

inferior medial

temporal lobe,

and brainstem

Prognosis

Completely resolves after

rapid control of BP and

removal of offending drug

Intensive management is

needed; mortality

high in severe cases

No recovery

or only partial

eventual recovery

BP, blood pressure; MRI, magnetic resonance imaging.

From Garg,

266

with permission.

Specific Causes of Structural Coma

169

restricted to the brainstem.

267

Organisms that

have a particular predilection for the brain-

stem include L. monocytogenes, which often

causes brainstem abscesses

268

(Figure 4–13).

Occasionally herpes zoster or simplex infection

that begins in one of the sensory cranial nerves

may cause a segmental brainstem encephali-

tis.

269

Behc¸et’s disease may also cause brain-

stem inflammatory lesions.

270

These disorders

usually cause headache with or without nuchal

rigidity, fever, and lethargy, but rarely coma. In

a minority of instances, the CT scan may show

brainstem swelling. The MR scan is usually

more sensitive. CSF usually contains an in-

creased number of cells. In bacterial infections

cultures are usually positive; in viral infections

PCR may establish the diagnosis. Stereotactic

drainage of a brain abscess often identifies the

organisms; appropriate antimicrobial therapy

is usually successful.

271

A brainstem disorder often confused with

infection is Bickerstaff’s brainstem encephali-

tis.

272

Patients with this disorder have often

had a preceding systemic viral infection, then

acutely develop ataxia, ophthalmoplegia, long-

tract signs, and alterations of consciousness in-

cluding coma. In some patients, MRI reveals

brainstem swelling and increased T2 signal

273

;

in others, the scan is normal. The CSF protein

may be elevated, but there are no cells. The dis-

ease is believed to be autoimmune in origin

related to postinfectious polyneuropathy (the

Guillain-Barre´ syndrome) and the related

Miller Fisher syndrome.

272

The diagnosis can

be established by the identification of anti-

GQ1b ganglioside antibodies in serum.

272

Pa-

tients recover spontaneously.

INFRATENTORIAL TUMORS

Tumors within the brainstem cause their symp-

toms by a combination of compression and

destruction. Although relatively common in

children, primary tumors of the brainstem

(brainstem glioma) are rare in adults. Meta-

static tumors are more common, but with both

primary and metastatic tumors, slowly or sub-

acutely evolving brainstem signs typically es-

tablish the diagnosis long before impairment

of consciousness occurs. An exception is the

rare instance of an acute hemorrhage into the

tumor, causing the abrupt onset of paralysis

and sometimes coma, in which case the signs

and treatment are similar to other brainstem

hemorrhages.

Figure 4–13. A pair of magnetic resonance images demonstrating a multiloculated pontine abscess in a 73-year-old

woman (Patient 2–2) who had been taking chronic prednisone for ulcerative colitis. She developed a fever, nausea and

vomiting, left facial numbness, left gaze paresis, left lower motor neuron facial weakness, and left-sided ataxia. Lumbar

puncture showed 47 white blood cells/mm

3

, but culture was negative. She was treated for suspected Listeria mono-

cytogenes and recovered slowly, but had residual facial and oropharyngeal weakness requiring chronic tracheostomy.

170

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

CENTRAL PONTINE

MYELINOLYSIS

This is an uncommon disorder in which the

myelin sheaths in the central basal pons are

destroyed in a single confluent and symmetric

lesion. Similar lesions may be found in the

corpus callosum or cerebral hemispheres.

274

Lesions vary from a few millimeters across to

ones that encompass almost the entire base of

the pons, sparing only a rim of peripheral mye-

lin. The typical clinical picture is one of quad-

riparesis, with varying degrees of supranuclear

paresis of lower motor cranial nerves and im-

pairment of oculomotor or pupillary responses.

A majority of patients become ‘‘locked in.’’ Ap-

proximately one-quarter of patients demon-

strate impairment of level of consciousness, re-

flecting extension of the lesion into the more

dorsal and rostral regions of the pons.

It is now recognized that most cases of cen-

tral pontine myelinolysis are due to overly vig-

orous correction of hyponatremia, giving rise

tothe‘‘osmoticdemyelination syndrome.’’Since

the adoption of current regimens that recom-

mend that hyponatremia be reversed at a rate

no greater than 10 mEq/day, the frequency of

this once-feared complication has decreased

dramatically. On the other hand, a similar syn-

drome is seen in patients with liver transplan-

tation, possibly due to the use of cyclospor-

ine.

274

As liver transplant has become more

common, this population is increasing.

REFERENCES

1. Mut M, Cataltepe O, Bakar B, et al. Eosinophilic

granuloma of the skull associated with epidural hae-

matoma: a case report and review of the literature.

Childs Nerv Syst 2004; 20, 765–769.

2. Simmons NE, Elias WJ, Henson SL, et al. Small cell

lung carcinoma causing epidural hematoma: case

report. Surg Neurol 1999; 51, 56–59.

3. Griffiths SJ, Jatavallabhula NS, Mitchell RD. Spon-

taneous extradural haematoma associated with cra-

niofacial infections: case report and review of the

literature. Br J Neurosurg 2002; 16, 188–191.

4. Miller DJ, Steinmetz M, McCutcheon IE. Vertex

epidural hematoma: surgical versus conservative man-

agement: two case reports and review of the litera-

ture. Neurosurgery 1999; 45, 621–624.

5. Mishra A, Mohanty S. Contre-coup extradural haema-

toma: a short report. Neurol India 2001; 49, 94–95.

6. Sunderland S, Bradley KC. Disturbances of oculomo-

tor function accompanying extradural haemorrhage.

J Neurochem 1953; 16, 35–46.

7. Jamieson KG, Yelland JD. Extradural hematoma.

Report of 167 cases. J Neurosurg 1968; 29, 13–23.

8. GallagherJP,BrowderEJ.Extraduralhematoma.Expe-

rience with 167 patients. J Neurosurg 1968; 29, 1–12.

9. Browne GJ, Lam LT. Isolated extradural hematoma

in children presenting to an emergency department

in Australia. Pediatr Emerg Care 2002; 18, 86–90.

10. Dunn LT, Fitzpatrick MO, Beard D, et al. Patients

with a head injury who ‘‘talk and die’’ in the 1990s.

J Trauma 2003; 54, 497–502.

11. Mower WR, Hoffman JR, Herbert M, et al. Devel-

oping a decision instrument to guide computed to-

mographic imaging of blunt head injury patients.

J Trauma 2005; 59, 954–959.

12. Stiell IG, Clement CM, Rowe BH, et al. Comparison

of the Canadian CT Head Rule and the New Orleans

Criteria in patients with minor head injury. JAMA

2005; 294, 1511–1518.

13. Zee CS, Go JL. CT of head trauma. Neuroimaging

Clin N Am 1998; 8, 525–539.

14. Shimizu S, Endo M, Kan S, et al. Tight Sylvian cis-

terns associated with hyperdense areas mimicking sub-

arachnoid hemorrhage on computed tomography—

four case reports. Neurol Med Chir (Tokyo) 2001; 41,

536–540.

15. Servadei F, Teasdale G, Merry G. Defining acute

mild head injury in adults: a proposal based on prog-

nostic factors, diagnosis, and management. J Neuro-

trauma 2001; 18, 657–664.

16. Servadei F. Prognostic factors in severely head in-

jured adult patients with epidural haematoma’s. Acta

Neurochir (Wien) 1997; 139, 273–278.

17. Servadei F, Piazza G, Seracchioli A, et al. Extradural

haematomas: an analysis of the changing character-

istics of patients admitted from 1980 to 1986. Diag-

nostic and therapeutic implications in 158 cases.

Brain Inj 1988; 2, 87–100.

18. Sakas DE, Bullock MR, Teasdale GM. One-year

outcome following craniotomy for traumatic hema-

toma in patients with fixed dilated pupils. J Neurosurg

1995; 82, 961–965.

19. Pozzati E, Tognetti F. Spontaneous resolution of

acute extradural hematoma—study of twenty-five se-

lected cases. Neurosurg Rev 1989; 12 (Suppl 1),

188–189.

20. Lin J, Hanigan WC, Tarantino M, et al. The use of

recombinant activated factor VII to reverse warfarin-

induced anticoagulation in patients with hemorrhages

in the central nervous system: preliminary findings.

J Neurosurg 2003; 98, 737–740.

21. Abe M, Udono H, Tabuchi K, et al. Analysis of is-

chemic brain damage in cases of acute subdural he-

matomas. Surg Neurol 2003; 59, 464–472.

22. Servadei F. Prognostic factors in severely head in-

jured adult patients with acute subdural haemato-

ma’s. Acta Neurochir (Wien) 1997; 139, 279–285.

23. Adhiyaman V, Asghar M, Ganeshram KN, et al.

Chronic subdural haematoma in the elderly. Post-

grad Med J 2002; 78, 71–75.

24. Lee KS. Natural history of chronic subdural haema-

toma. Brain Inj 2004, 18, 351–358.

Specific Causes of Structural Coma

171

25. Cameron MM. Chronic subdural haematoma: a re-

view of 114 cases. J Neurol Neurosurg Psychiatry

1978; 41, 834–839.

26. Jones S, Kafetz K. A prospective study of chronic

subdural haematomas in elderly patients. Age Ageing

1999; 28, 519–521.

27. Nobbe FA, Krauss JK. Subdural hematoma as a

cause of contralateral dystonia. Clin Neurol Neuro-

surg 1997; 99, 37–39.

28. Moster ML, Johnston DE, Reinmuth OM. Chro-

nic subdural hematoma with transient neurological

deficits: a review of 15 cases. Ann Neurol 1983; 14,

539–542.

29. Ingvar DH, Lundberg N. Paroxysmal systems in

intracranial hypertension, studied with ventricular

fluid pressure recording and electroencephalogra-

phy. Brain 1961; 84, 446–459.

30. Inao S, Kawai T, Kabeya R, et al. Relation between

brain displacement and local cerebral blood flow in

patients with chronic subdural haematoma. J Neurol

Neurosurg Psychiatry 2001; 71, 741–746.

31. Voelker JL. Nonoperative treatment of chronic sub-

dural hematoma. Neurosurg Clin N Am 2000; 11,

507–513.

32. Olson JJ, Poor MM Jr, Beck DW. Methylpredniso-

lone reduces the bulk flow of water across an in vitro

blood-brain barrier. Brain Res 1988; 439, 259–265.

33. Hasbun R, Abrahams J, Jekel J, et al. Computed to-

mography of the head before lumbar puncture in

adults with suspected meningitis. N Engl J Med 2001;

345, 1727–1733.

34. Weigel R, Schmiedek P, Krauss JK. Outcome of con-

temporary surgery for chronic subdural haematoma:

evidence based review. J Neurol Neurosurg Psychi-

atry 2003; 74, 937–943.

35. Asfora WT, Schwebach L. A modified technique to

treat chronic and subacute subdural hematoma: tech-

nical note. Surg Neurol 2003; 59, 329–332.

36. Pichert G, Henn V [Conservative therapy of chronic

subdural hematomas]. Schweiz Med Wochenschr

1987; 117, 1856–1862.

37. Nathoo N, Nadvi SS, Van Dellen JR. Cranial extra-

dural empyema in the era of computed tomography: a

review of 82 cases. Neurosurgery 1999; 44, 748–753.

38. Hlavin ML, Kaminski HJ, Fenstermaker RA, et al.

Intracranial suppuration: a modern decade of post-

operative subdural empyema and epidural abscess.

Neurosurgery 1994; 34, 974–980.

39. Nathoo N, Nadvi SS, Van Dellen JR. Traumatic

cranial empyemas: a review of 55 patients. Br J Neuro-

surg 2000; 14, 326–330.

40. Tamaki T, Eguchi T, Sakamoto M, et al. Use of

diffusion-weighted magnetic resonance imaging in

empyema after cranioplasty. Br J Neurosurg 2004;

18, 40–44.

41. Tsuchiya K, Osawa A, Katase S, et al. Diffusion-

weighted MRI of subdural and epidural empyemas.

Neuroradiology 2003; 45, 220–223.

42. Heran NS, Steinbok P, Cochrane DD. Conserva-

tive neurosurgical management of intracranial epi-

dural abscesses in children. Neurosurgery 2003; 53,

893–897.

43. Kleinschmidt-DeMasters BK. Dural metastases—a

retrospective surgical and autopsy series. Arch Pathol

Lab Med 2001; 125, 880–887.

44. Johnson MD, Powell SZ, Boyer PJ, et al. Dural le-

sions mimicking meningiomas. Hum Pathol 2002;

33, 1211–1226.

45. Whittle IR, Smith C, Navoo P, et al. Meningiomas.

Lancet 2004; 363, 1535–1543.

46. Bosnjak R, Derham C, Popovic M, et al. Spontane-

ous intracranial meningioma bleeding: clinicopatho-

logical features and outcome. J Neurosurg 2005; 103,

473–484.

47. Pistolesi S, Fontanini G, Camacci T, et al. Menin-

gioma-associated brain oedema: the role of angio-

genic factors and pial blood supply. J Neuro-Oncol

2002; 60, 159–164.

48. Engelhard HH. Progress in the diagnosis and treat-