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

examination of the unconscious patient is cov-

ered in detail in Chapter 2, but a brief reprise

is included here with emphasis on the ele-

ments that need to be covered quickly while

initiating therapy in a clinical setting.

The history should, to whatever extent pos-

sible, be obtained from relatives, friends, para-

medics, or sometimes even the police. If it has

not already been done, search the patient’s

belongings and check for a medical alert

bracelet. Implanted computer chips that give

full medical information are currently avail-

able, but are not yet in common use.

The history of onset is important. Coma of

sudden onset in a previously healthy patient

usually turns out to be self-induced drug poi-

soning, subarachnoid hemorrhage, head trauma,

or, in older persons, brainstem hemorrhage

or infarction. Most examples of supratentorial

Table 7–3 Specific Antidotes for

Agents Causing Delirium and Coma

Antidote

Indication

Naloxone

Opioid overdose

Flumazenil

Benzodiazepine overdose

Physostigmine

Anticholinergic overdose

(? gamma-hydroxybutyrate

toxicity)

Fomepizole

Methanol, ethylene

glycol toxicity

Glucagon

? Tricyclic overdose

Hydroxocobalamin

Cyanide overdose

Octreotide

Sulfonylurea hypoglycemia

Data from Ries and Dart.

37

Approach to Management of the Unconscious Patient

317

mass lesions produce a more gradual impair-

ment of consciousness, as do the metabolic en-

cephalopathies.

In the general physical examination, after as-

sessing and dealing with abnormalities of vital

signs, look for evidence of trauma or signs that

might suggest an acute or chronic systemic med-

ical illness or the ingestion of self-administered

drugs. Evaluate nuchal rigidity, but take care

first to ensure that the cervical spine has not

been injured.

47

It is the neurologic examination that is most

helpful in assessing the nature of the patient’s

unconsciousness. Table 7–4 outlines the clin-

ical neurologic functions that provide the most

useful information in making a categoric diag-

nosis. These clinical indices have been exten-

sively tested and applied to patients. They have

Table 7–4 A Score Sheet for Examination of the

Comatose Patient

HISTORY (from Relatives or Friends)

Onset of coma (abrupt, gradual)

Recent complaints (headache, depression,

focal weakness, vertigo)

Recent injury

Previous medical illnesses (diabetes,

uremia, heart disease)

Previous psychiatric history

Access to drugs (sedatives, psychotropic

drugs)

Occupation (pesticides, CO exposure)

Exposure to pathogens (ticks, mosquitoes)

General Physical Examination

Vital signs

Evidence of trauma

Evidence of acute or chronic systemic

illness

Evidence of drug ingestion

(needle marks, alcohol on breath)

Nuchal rigidity (examine with care)

NEUROLOGIC PROFILE

Verbal responses

Oriented speech

Confused conversation

Inappropriate speech

Incomprehensible speech

No speech

Respiratory pattern

Regular

Periodic

Ataxic

Eye opening

Spontaneous

Response to verbal stimuli

Response to noxious stimuli

None

Pupillary reactions

Present

Asymmetric (describe)

Absent

Spontaneous eye movements

Orienting

Roving conjugate

Roving dysconjugate

Abnormal movements (describe)

None

Oculocephalic responses

Normal awake

Full comatose

Abnormal (describe)

Minimal

None

Oculovestibular responses

Normal awake (nystagmus)

Tonic conjugate

Abnormal (describe)

Minimal

None

Corneal responses

Present

Absent

Motor responses

Obeying commands

Localizing

Withdrawal

Abnormal flexion posturing

Abnormal extension posturing

None

Deep tendon reflexes

Normal

Increased

Absent

Skeletal muscle tone

Normal

Paratonic

Flexor

Extensor

Flaccid

318

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

proved themselves to be easily and quickly

obtained and to have a high degree of consis-

tency from examiner to examiner.

2,48–50

Fur-

thermore, they give valuable information upon

which to base both diagnosis and prognosis.

When serially recorded on a vital signs sheet as

best-worst changes during each 24 hours, the

result reflects accurately the patient’s clinical

course. The following paragraphs give the de-

tailed description of each clinical sign.

Verbal Responses

The best response, oriented speech, implies

awareness of self and the environment. The pa-

tient knows who he or she is, where he or she is,

why he or she is there, and the year, season, and

month. Confused conversation describes con-

versational speech with syntactically correct

phrases but with disorientation and confusion

in the content. Inappropriate speech means in-

telligible but with isolated words. The content

can include profanity but no sustained conver-

sation. Incomprehensible speech refers to the

production of word-like mutterings or groans.

The worst verbal response, no speech, applies

to total mutism.

Respiratory Pattern

The pattern is recorded as regular, periodic,

ataxic, or a combination of these. Respiratory

rate should be determined in patients not be-

ing mechanically ventilated.

Eye Opening

Patients with spontaneous eye opening have

some tone in the eyelids and generally dem-

onstrate spontaneous blinking, which differen-

tiates them from completely unresponsive pa-

tients whose eyes sometimes remain passively

open. Though spontaneous eye opening rules

out coma by our definition, it does not guar-

antee awareness. Some vegetative patients with

eye opening have been shown postmortem to

have total loss of the cerebral cortex (see Chap-

ter 9). Eye opening in response to verbal stim-

uli means that any verbal stimulus, whether

an appropriate command or not, produces eye

opening. More severely damaged patients dem-

onstrate eye opening only in response to a nox-

ious stimulus applied to the trunk or an extrem-

ity. (A noxious stimulus to the head commonly

evokes eye closing.) The worst response, no

eye opening, applies to all remaining patients

except when local changes such as periorbital

edema preclude examination.

Pupillary Reactions

Pupillary reactions to an intense flashlight beam

are evaluated for both eyes, and the better re-

sponse is recorded; use a hand lens or the plus

20 lens on the ophthalmoscope to evaluate

questionable responses. Record pupillary diam-

eters and note the presence of any somatic third

nerve paresis.

Spontaneous Eye Movement

The best response is spontaneous orienting eye

movements in which the patient looks toward

environmental stimuli. Record roving conjugate

and roving dysconjugate eye movements when

present, and reserve a miscellaneous movement

category for patients without orienting eye move-

ments who have spontaneous nystagmus, op-

soclonus, ocular bobbing, or other abnormal eye

movement. Absent spontaneous eye movements

should be noted, as should the presence of lat-

eral deviation to either side or dysconjugate gaze

at rest (e.g., skew).

Oculocephalic Responses

These are evaluated in conjunction with pas-

sive, brisk, horizontal head turning. When ap-

propriate, the response to vertical head move-

ment should also be recorded. Patients with

normal waking responses retain orienting eye

movements and do not have consistent oculo-

cephalic responses.Full oculocephalicresponses

are brisk and tonic and generally include con-

jugate eye movements opposite to the direction

of turning. Minimal responses are defined as

conjugate movements of less than 30 degrees or

bilateral inability to adduct the eyes. Absence

of response is the poorest level of function.

Remember, do not test oculocephalic reflexes in

patients suspected of having sustained a neck

injury.

Approach to Management of the Unconscious Patient

319

Caloric Vestibulo-Ocular

Responses

These are tested by irrigating each external

auditory canal with up to 50 mL ice water with

the head 30 degrees above the horizontal plane

(Chapter 2). A normal (awake) response in-

cludes rapid nystagmus toward the nonirrigated

ear and minimal, if any, tonic deviation. Do not

use ice water (use tap water) in an awake patient.

An intact response in an unconscious patient

consists of tonic responses with conjugate devi-

ation toward the irrigated ear.

Corneal Responses

Responses to a cotton wisp drawn fully across

the cornea or, safer, sterile saline dripped onto

the cornea are recorded as present or absent

for the eye with the better response.

Motor Responses

These should be tested and recorded in all ex-

tremities and strength noted as normal or weak.

The best score is given to patients who obey

commands; care should be taken to avoid in-

terpreting reflex grasping as obedience. If a

command evokes no responses, apply a noxious

stimulus gently but firmly to each extremity

(compression of finger or toenail beds, or of

Achilles tendon) and to the supraorbital not-

ches or temporomandibular joints. Localizing

responses designate the use of an extremity to

locate or resist a remote noxious stimulus (e.g.,

the arm crossing the midline toward a cranial

stimulus or reaching above shoulder level to-

ward a cranial stimulus). A more primitive re-

sponse consists of a nonstereotyped, rapid with-

drawal from a noxious stimulus; this response

often incorporates hip or shoulder adduction.

An abnormal flexion response in the upper ex-

tremities is stereotyped, slow, and dystonic, and

the thumb is often held between the second

and third fingers. Abnormal flexion in the lower

extremities (the reflex triple flexion response)

sometimes can be difficult to distinguish from

withdrawal. An abnormal extension response in

the upper extremity consists of adduction and

internal rotation of the shoulder and pronation

of the forearm. No response is recorded only

when strong stimuli are applied to more than

one site and when muscle relaxants have not

recently been administered.

Tendon Reflexes

These reflexes are recorded for the best limb

as normal, increased, or absent; minimal re-

sponses are best regarded as normal.

Skeletal Muscle Tone

This should be recorded as normal, paratonic

(diffuse resistance throughout the range of pas-

sive motion), flexor (spasticity), extensor (rigid-

ity), or flaccid.

GUIDES TO SPECIFIC

MANAGEMENT

Supratentorial Mass Lesions

The differential characteristics that suggest a

supratentorial mass lesion producing stupor or

coma are outlined in Table 7–1. The laboratory

tests useful for the differential diagnosis of

stupor and coma are listed in Table 7–5.

If the physician elicits a history of headache

or prior head trauma, no matter how trivial, he

or she should consider a supratentorial mass

lesion. At times, the historian will be able to

describe symptoms or signs (facial asymmetry,

weakness of one arm, dragging of the leg, or

complaints of unilateral sensory loss) that ex-

isted prior to coma and suggest the presence

of a supratentorial lesion. The presence at the

initial examination of strikingly asymmetric mo-

tor signs, or of dysfunction progressing in a

rostral-caudal fashion, provides strong pre-

sumptive evidence of a supratentorial mass.

The combination of neurologic signs should

point to a single plane of diencephalic or brain-

stem dysfunction as illustrated in Chapter 3.

The combination of third nerve motor dysfunc-

tion and impaired pupillary responses evolving

as coma deepens suggest a supratentorial mass.

The major problem in differential diagnosis

arises when supratentorial mass lesions, either

extracerebral or in ‘‘silent’’ areas of the fore-

brain that do not produce obvious focal signs,

cause stupor or coma at the diencephalic stage

320

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

without producing preceding or accompanying

focal motor signs. Because such patients often

have reactive pupils, intact oculocephalic and

oculovestibular responses, and abnormal motor

signs that are symmetric or only mildly asym-

metric, the physician may suspect metabolic

encephalopathy rather than a supratentorial

mass. Unless there is a clear history to help one

differentiate, the physician should consider

both diagnostic categories and obtain an imme-

diate brain CT or magnetic resonance imaging

(MRI) scan.

If the patient is suspected to be suffering

from a supratentorial mass, determine how se-

vere the symptoms are and estimate how rapidly

they are worsening. If the patient is stuporous

or comatose but relatively stable, procure an

emergency CT scan. A CT will rule out all sig-

nificant mass lesions and usually identify sub-

arachnoid hemorrhages. However, MRI, when

available, is more sensitive and may be re-

quired to identify recent cerebral infarcts, par-

ticularly in the brainstem, and focal inflamma-

tory lesions.

If the patient is deeply comatose, or if trans-

tentorial herniation is evolving rapidly in a stu-

porous patient, it is necessary to treat intracra-

nial hypertension first. The patient may initially

be hyperventilated by a mask and Ambu bag

while waiting for appropriate personnel and

equipment to intubate the patient. An arterial

sample for blood gas analysis should also be

taken after hyperventilation is begun. Hyper-

ventilation is the most rapid technique for

lowering ICP,

51

and may effectively withdraw

a patient from the edge of herniation within a

minute or two. The resulting decrease in PaCO

2

causes cerebral vasoconstriction, thus decreas-

ing cerebral blood flow (CBF). Although this

may also decrease CBF,

52

risking further brain

ischemia, lowering ICP is mandatory in patients

who are herniating and hyperventilation is the

fastest way to do it. In the absence of direct

measurement of ICP, one cannot be certain of

the best PaCO

2

level. We suggest the airway

be secured and the patient hyperventilated to a

PaCO

2

between 25 and 30 mm Hg. The higher

the ICP, and the lower the intracranial CSF

compensatory reserve, the more a given de-

crease in PaCO

2

will lower the ICP.

53

After

other treatment is under way, the PaCO

2

can be

increased to approximately 35 mm Hg. This

technique lowers ICP rapidly, but its effect is

transient. Hence, it is necessary to use the time

that is bought by hyperventilation to begin more

long-lasting efforts to reduce ICP.

Some evidence suggests that raising the head

of the bed to 30 degrees reduces ICP without

affecting mean arterial blood pressure (but see

page 43). On the other hand, this method raises

the differential between mean arterial pressure

and cerebral perfusion pressure,

54

and the net

effect on brain perfusion is difficult to measure

and may vary among patients.

55,56

Thus, even-

tually the position must be chosen based on

measurements of ICP.

Hyperosmolar agents should be adminis-

tered at the same time; they decrease the water

Table 7–5 Emergency Laboratory

Evaluation of Metabolic Coma

1. Stat tests

A. Venous blood

1. Glucose

2. Electrolytes

3. Urea or creatinine

4. Osmolality

5. Complete blood count

6. Coagulation studies

B. Arterial blood

1. Check color

2. pH

3. PO

2

4. PCO

2

5. Carboxyhemoglobin (if available,

especially if blood is bright red)

C. Cerebrospinal fluid

1. Cells

2. Gram stain

3. Glucose

D. Electrocardiogram

2. Additional tests*

A. Venous blood

1. Liver function tests

2. Thyroid and adrenal function

3. Blood cultures

4. Viral titers

B. Urine

1. Culture

C. Cerebrospinal fluid

1. Protein

2. Culture

3. Viral and fungal antibodies, polymerase

chain reaction

*These tests are ‘‘additional,’’ because in most hospitals it

will take hours to days to get the results. The blood and

cerebrospinal fluid for these tests, however, is drawn at the

same time as the stat tests.

Approach to Management of the Unconscious Patient

321

content of the brain by creating an osmolar

gradient between the blood and that portion of

the brain with an intact blood-brain barrier.

Because most brain lesions cause local break-

down of the blood-brain barrier, hyperosmolar

agents pull water from normal brain, which

may lower ICP,

57

but do not reduce the size of

such lesions. Fortunately, this does not appear

to deleteriously affect brain shifts.

57

Mannitol

is the agent most used; it is given in a 20% so-

lution at a dose of 1.5 to 2 g/kg by bolus injec-

tion. Its effects are rapid and last several hours.

Mannitol also lowers blood viscosity, increasing

cerebral perfusion, and may also act as a free

radical scavenger. However, repeated doses of

mannitol increase the risk of renal failure. Re-

cently, hypertonic saline has gained favor as an

alternative to mannitol. Doses in the range of

7 to 10 g of NaCl, in concentrations from 3%

to 23.4%, have been administered by rapid in-

jection, or in some cases by continuous intra-

venous infusion titrated to ICP.

58,59

The re-

sults in general were comparable to mannitol;

the brain dehydration could be maintained for

several days and there have been few compli-

cations.

In patients with brain tumors, whether pri-

mary or metastatic, subdural or epidural he-

matomas and empyemas, or other mass lesions

that incite neovascularization with blood ves-

sels that lack a blood-brain barrier, adrenal

corticosteroids dramatically reverse signs and

symptoms of herniation. Substantial clinical

improvement is seen within 6 to 12 hours even

though changes in water content of the brain

may not be seen for days.

60,61

The dose re-

quired to reverse herniation in patients with

brain tumors is unknown, but given the seri-

ousness of the situation, high doses are desir-

able. The typical initial dose is 10 mg of dexa-

methasone, although as much as 100 mg of

dexamethasone can be given safely as an in-

travenous bolus. (In awake patients, the bo-

lus may cause severe genital paresthesias

62

;

the agent can be dripped in over 10 to 15 min-

utes.)

The exact mechanism of the salutary re-

sponse is unknown. Steroids decrease the trans-

fer constant of substances across a disrupted

blood-brain barrier within an hour, and they

may increase clearance of edema fluid in the

extracellular space, but substantial changes in

brain water are not seen for many hours or

days.

60,61

They also improve compliance of brain

tissue and diminish the plateau waves (sudden

transient increase in ICP that may increase

transtentorial herniation).

63

Corticosteroids are also indicated in patients

with suspected bacterial meningitis.

64

The drug

should be started prior to or at the time anti-

biotics are given. A dose of 10 mg every 6 hours

is standard.

64

The role of corticosteroids in

cerebral vascular disease is controversial.

65,66

Most current evidence suggests that steroids do

not improve the course of patients with cerebral

infarction or cerebral hemorrhage. The brain

edema in stroke is largely cytotoxic, rather than

vasogenic, and steroids do not produce the dra-

matic amelioration of the symptoms of brain

edema seen in patients with tumors. Further-

more, the hyperglycemic effects of steroids may

actually deleteriously affect the outcome. Cor-

ticosteroids are contraindicated in patients with

head injury.

67

The above steps should require no more than

a few minutes to bring the ICP under control.

Once it is controlled, procure a CT or, if avail-

able, an MRI. The scan will demonstrate the

nature of the supratentorial mass lesion and

often determines the degree of transtentorial

herniation as well. If a subdural or epidural

hematoma is identified, it should be evacuated

immediately.

68,69

Similarly, a brain abscess re-

quires urgent surgery to decompress the lesion

and establish cultures. If one of these lesions is

suspected clinically and the patient is deterio-

rating rapidly, a neurosurgeon should be con-

tacted at the time of imaging. For brain tumors,

it is sometimes best to allow the steroids to re-

duce the level of edema for several days prior to