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

ical for the diagnostic evaluation not to prevent

the immediate drawing of blood cultures, fol-

lowed by administration of appropriate anti-

biotics.

In acute bacterial meningitis, CSF pres-

sure at lumbar puncture is usually elevated. A

normal or low pressure raises the question of

whether there has already been partial herni-

ation of the cerebellar tonsils. The cell count

and protein are elevated, and glucose may be

depressed or normal. Examination for bacte-

rial antigens sometimes is diagnostic in the ab-

sence of a positive culture. Examination of the

spinal fluid helps one differentiate acute bac-

terial meningitis from acute aseptic meningi-

tis (Table 4–4). Because S. pneumoniae and

N. meningitidis are the most common causal

organisms, empiric therapy in adults should

include either ceftriaxone (4 g/day in divided

doses every 12 hours), cefotaxime (up to 8 to

12 g/day in divided doses every 4 to 6 hours),

or cefepime (4 to 6 g/day in divided doses

every 8 to 12 hours); vancomycin should be

added until the results of antimicrobial sus-

ceptibility testing are known. In elderly pa-

tients and those who are immune suppressed,

L. monocytogenes and H. influenzae play a

role, and ampicillin should be added to those

drugs. Meropenem may turn out to be an at-

tractive candidate for monotherapy in elderly

patients. In a setting where Rocky Mountain

spotted fever or ehrlichiosis are possible in-

fectious organisms, the addition of doxycycline

is prudent.

Whether corticosteroids should be used is

controversial. Adjuvant dexamethasone is re-

commended for children and adults with hae-

mophilus meningitis or pneumococcal menin-

gitis but is not currently recommended for

the treatment of Gram-negative meningitis.

Table 4–4 Typical Cerebrospinal Fluid (CSF) Findings in Bacterial Versus

Aseptic Meningitis

CSF Parameter

Bacterial Meningitis

Aseptic Meningitis

Opening pressure

>

180 mm H

2

O

Normal or slightly elevated

Glucose

<

40 mg/dL

<

45 mg/dL

CSF-to-serum glucose ratio

<

0.31

>

0.6

Protein

>

50 mg/dL

Normal or elevated

White blood cells

>

10 to <10,000/mm

3

—neutrophils

predominate

50–2,000/mm

3

—lymphocytes

predominate

Gram stain

Positive in 70%–90% of untreated

cases

Negative

Lactate

!3.8 mmol/L

Normal

C-reactive protein

>

100 ng/mL

Minimal

Limulus lysate assay

Positive indicates Gram-negative

meningitis

Negative

Latex agglutination

Specific for antigens of Streptococcus

pneumoniae, Neisseria meningitidis

(not serogroup B), and Hib

Negative

Coagglutination

Same as above

Negative

Counterimmunoelectrophoresis

Same as above

Negative

From Roos et al.,

95

with permission

134

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

Nevertheless, if prompt antibiotic therapy is be-

gun and the patient shows any signs of increased

ICP, it is probably wise to use dexamethasone.

96

CT scans may show pus in the subarachnoid

space as hypodense CSF with enlargement of

sulci, but in the absence of prior scans in the

same patient, this is often difficult to inter-

pret. Meningeal enhancement usually does not

occur until several days after the onset of in-

fection. Cortical infarction, which may be due

to inflammation and occlusion either of pene-

trating arteries or cortical veins, also tends to

occur late. The MRI scan is much more sen-

sitive for showing the changes indicated above

but may be entirely normal in patients with

acute meningitis (Table 4–5).

97

INTRACEREBRAL MASSES

Intracerebral masses by nature tend to include

both destructive and compressive elements.

However, in many cases, the damage from the

mass effect far exceeds the damage from dis-

ruption of local neurons and white matter.

Hence, we have included this class of lesions

with compressive processes.

Intracerebral Hemorrhage

Intracerebral hemorrhage may result from a

variety of pathologic processes that affect the

blood vessels. These include rupture of deep

Table 4–5 Imaging Findings in Acute Meningitis

Finding

CT*

MR*

Sensitivity

Sulcal dilation

Hypodense CSF;

enlargement of sulci

T1WI: Hypointense

CSF in sulci

MR>CT

T2WI: Hyperintense

CSF in sulci

Leptomeningeal

enhancement

CE: Increase in density

of subarachnoid space

T1WI, CE: Marked increase

in signal intensity

MR>CT

Ischemic cortical

infarction

Hypodense cortical mass

effect

T1WI: Hypointense cortex;

mass effect

MR>CT

secondary to

vasculitis

CE: Subacute increase

in density (enhancement)

T2WI: Hyperintense cortex,

mass effect

FLAIR: Hyperintense cortex,

mass effect

CE: Subacute enhancement;

hyperintense on T1WI

DWI: Bright (white)

ADC: Dark (black)

Subdural collections

Hypodense peripheral CSF

plus density collection

T1WI: Hypointense

peripheral collection

MR>CT

CE: Hygroma, no; empyema,

yes

T2WI: Hyperintense

peripheral collection

FLAIR: hygroma, hypointense;

empyema, variable

CE: Hygroma, no; empyema, yes

DWI: Hydroma, dark;

empyema, bright

ADC: Hygroma, bright;

empyema, dark

ADC, apparent diffusion coefficient map; CE, contrast enhanced; CSF, cerebrospinal fluid; CT, computed tomography;

DWI, diffusion-weighted imaging; FLAIR, fluid-attenuated inversion recovery; MR, magnetic resonance; T1WI, T1-

weighted image; T2WI, T2-weighted image.

*Intensity relative to normal brain ±.

From Zimmerman et al.,

98

with permission.

Specific Causes of Structural Coma

135

cerebral end arteries, trauma, rupture of an ar-

teriovenous malformation, rupture of a mycotic

aneurysm, amyloid angiopathy, or hemorrhage

into a tumor. Rupture of a saccular aneurysm

can also cause an intraparenchymal hematoma,

but the picture is generally dominated by the

presence of subarachnoid blood. In contrast,

despite their differing pathophysiology, the

signs and symptoms of primary intracerebral

hemorrhages are due to the compressive ef-

fects of the hematoma, and thus are more alike

than different, depending more on location

than on the underlying pathologic process.

Spontaneous supratentorial intracerebral hem-

orrhages are therefore usually classified as lo-

bar or deep, with the latter sometimes extend-

ing intraventricularly.

Lobar hemorrhages can occur anywhere in

the cerebral hemispheres, and may involve one

or multiple lobes (Figure 4–6A). As compared

to deeper hemorrhages, patients with lobar

hemorrhages are older, less likely to be male,

and less likely to be hypertensive. Severe head-

ache is a characteristic of lobar hemorrhages.

Focal neurologic deficits occur in almost 90%

of patients and vary somewhat depending on

the site of the hemorrhage. About half the pa-

tients have a decreased level of conscious-

ness and 20% are in a coma when admitted.

99

Seizures are a common occurrence and may be

nonconvulsive (see page 281), so that electro-

encephalographic (EEG) evaluation is valuable

if there is impairment of consciousness.

Deep hemorrhages in the supratentorial re-

gion include those into the basal ganglia, inter-

nal capsule, and thalamus. Hemorrhages into

the pons and cerebellum are discussed in the

section on infratentorial hemorrhages. Chung

and colleagues divided patients with striato-

capsular hemorrhages into six groups with vary-

ing clinical findings and prognoses.

100

These

included posterolateral (33%), affecting pri-

marily the posterior portion of the putamen;

massive (24%), involving the entire striatal

capsular region but occasionally sparing the

caudate nucleus and the anterior rim of the

internal capsule; lateral (21%), located be-

tween the external capsule and insular cortex;

anterior (11%), involving the caudate nucleus;

middle (7%), involving the globus pallidus in

the middle portion of the medial putamen; and

posterior medial (4%), localized to the anterior

half of the posterior rim of the internal cap-

sule. Consciousness was only rarely impaired

in anterior and posterior medial lesions, but

was impaired in about one-third of patients

Figure 4–6. Computed tomography scans from two patients with intracerebral hemorrhages. (A) shows a large hemor-

rhage into the right parieto-occipital lobe in a 77-year-old woman who was previously healthy and presented with difficulty

walking and a headache. Examination showed left-sided neglect. She took 325 mg aspirin at home on the advice of her

primary care doctor because she suspected a stroke. The hematoma ruptured into the lateral ventricle. (B) shows a right

thalamocapsular hemorrhage in a 60-year-old man with a history of hypertension who was not being treated at the time of

the hemorrhage. He presented with headache, left-sided weakness and sensory loss, and some left-sided inattention.

136

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

with middle lesions. About half the patients

with posterolateral lesions were drowsy, but

not comatose, as were about one-half the pa-

tients with the lateral lesions who rarely be-

come comatose. However, massive lesions usu-

ally cause severe impairment of consciousness

including coma. Hemiparesis is common in

posterolateral and massive lesions. Sensory def-

icits are relatively frequent in posterior and

medial lesions. Prognosis is fair to good in pa-

tients with all of the lesions save the massive

ones, where the fatality rate is about 50%. Eye

deviation occurs usually toward the lesion site,

but may be ‘‘wrong way’’ in those with pos-

terolateral and massive lesions.

Thalamic hemorrhages can be categorized

by size (smaller or larger than 2 cm in diame-

ter) and by location (posterolateral, anterolat-

eral, medial, and dorsal; Figure 4–6B). About

one-fifth of patients with thalamic hemorrhages

are stuporous or comatose at presentation.

101

The loss of consciousness is usually accompa-

nied by ocular signs including skew deviation

(the lower eye on the side of the lesion); gaze

preference, which may either be toward or

away (wrong-way eyes) from the side of the

lesion; loss of vertical gaze; and miotic pupils.

‘‘Peering at the tip of the nose’’ is an almost

pathognomonic sign.

102

Sensory and motor

disturbances depend on the site and size of the

lesion. About 25% of patients die,

101

and the

outcome is related to the initial consciousness,

nuchal rigidity, size of the hemorrhage, and

whether the hemorrhage dissects into the lat-

eral ventricle or causes hydrocephalus.

101

Intraventricular hemorrhages may be either

primary or result from extension of an intra-

cerebral hemorrhage. Intraventricular hemor-

rhages were once thought to be uniformly fatal,

but since the advent of CT scanning, have been

shown to run the gamut of symptoms from

simple headache to coma and death.

103

Pri-

mary intraventricular hemorrhages can result

from vascular anomalies within the ventricle,

surgical procedures, or bleeding abnormali-

ties.

104

Clinical findings include sudden onset

of headache and vomiting sometimes followed

by collapse and coma. If the hemorrhage finds

its way into the subarachnoid space, nuchal

rigidity occurs. The clinical findings of second-

ary intraventricular hemorrhage depend on

the initial site of bleeding. Hemorrhage into

the ventricle from a primary intracerebral hem-

orrhage worsens the prognosis.

The treatment of intraventricular hemor-

rhage is aimed at controlling intracranial pres-

sure. Ventricular drainage may help, but the

catheter often becomes occluded by the blood.

Injection of fibrinolytic agents (such as t-PA)

has been recommended by some.

104

The treatment of an intracerebral hemor-

rhage is controversial. Early surgery to evacu-

ate the hematoma has not been associated with

better outcome.

105

However, treatment with

hemostatic drugs, such as recombinant factor

VIIa, which limit hematoma size, are associ-

ated with improved outcomes.

106

Most patients

who have relatively small lesions and do not

die make good recoveries; those with mas-

sive lesions typically either die or are left devas-

tated. Herniation should be treated vigorously

in patients with relatively small hematomas be-

cause of the potential for good recovery.

Despite these similarities, the clinical setting

in which one sees patients with intracerebral

hemorrhage depends on the pathologic process

involved. These include rupture of a deep ce-

rebral endartery, amyloid angiopathy, mycotic

aneurysm, arteriovenous malformation, or hem-

orrhage into a tumor, and each requires a dif-

ferent clinical approach.

Box 4–1 summarizes the major points that

differentiate clinically between acute cerebral

vascular lesions potentially causing stupor or

coma.

Rupture of deep cerebral end arteries usu-

ally occurs in patients with long-term, poorly

treated hypertension; it can also complicate di-

abetes or other forms of atherosclerotic arter-

iopathy. The blood vessels that are most likely

to hemorrhage are the same ones that cause

lacunar strokes (i.e., end arteries that arise at a

right angle from a major cerebral artery): the

striatocapsular arteries, which give rise to cap-

sular and basal ganglionic bleeds; the thalamic

perforating arteries, which give rise to thalamic

hemorrhages; the midline perforating arteries

of the pons, which give rise to pontine hemor-

rhages; and the penetrating branches of the

cerebellar long circumferential arteries, which

cause cerebellar hemorrhages. We will deal

with the first two, which cause supratentorial

masses, in this section, and the latter two in the

section on infratentorial masses.

The focal neurologic findings in each case

are characteristic of the part of the brain that

is injured. Capsular or basal ganglionic hemor-

rhages typically present with the acute onset of

Specific Causes of Structural Coma

137

Box 4–1 Typical Clinical Profiles of Acute Cerebrovascular

Lesions Affecting Consciousness

Acute massive cerebral infarction with or without hypotension

Distribution: Internal carotid-proximal middle cerebral artery or middle cerebral

plus anterior cerebral arteries. Onset during wakefulness or sleep. Massive hemi-

plegia with aphasia, hemisensory defect. Obtundation from the start or within

hours, progressing to stupor in 12 to 24 hours, coma usually in 36 to 96 hours.

Convulsions rare. Pupils small and reactive, or constricted ipsilateral to lesion

(Horner’s), or moderately dilated ipsilateral to lesion (III nerve). Conjugate gaze

paresis to side of motor weakness; contralateral oculovestibulars can be sup-

pressed for 12 hours or so. Contralateral hemiplegia, usually with extensor plantar

response and paratonia ipsilateral to lesion. Cheyne-Stokes breathing 10% to 20%.

Signs of progressive rostral caudal deterioration begin in 12 to 24 hours. Spinal

fluid usually unremarkable or with mildly elevated pressure and cells.

Frontoparietal hemorrhage

Onset during wakefulness. Sudden-onset headache, followed by more or less rap-

idly evolving aphasia, hemiparesis to hemiplegia, conjugate ocular deviation away

from hemiparesis. Convulsions at onset in approximately one-fifth. Pupils small and

reactive, or ipsilateral Horner’s with excessive contralateral sweating, or stupor to

coma and bilateral motor signs within hours of onset. Bloody spinal fluid.

Thalamic hemorrhage

Hypertensive, onset during wakefulness. Clinical picture similar to frontoparietal

hemorrhage but seizures rare, vomiting frequent, eyes characteristically deviated

down and laterally to either side. Pupils small and reactive. Conscious state ranges

from awake to coma. Bloody spinal fluid.

Bilateral thalamic infarction in the paramedian regions

Sudden onset of coma, akinetic mutism, hypersomnolence or altered mental status

may accompany bland infarcts of the paramedian thalamus arising bilaterally as a

result of a ‘‘top of the basilar’’ syndrome or a branch occlusion of a thalamope-

duncular artery (Percheron’s artery) providing vascular supply to both thalami and

often the tegmental mesencephalon.

Pontine hemorrhage

Hypertensive. Sudden onset of coma or speechlessness, pinpoint pupils, ophthal-

moplegia with absent or impaired oculovestibular responses, quadriplegia, irreg-

ular breathing, hyperthermia. Bloody spinal fluid.

Cerebellar hemorrhage

Hypertensive and awake at onset. Acute and rapid onset and worsening within

hours of occipital headache, nausea and vomiting, dizziness or vertigo, unstead-

iness, dysarthria, and drowsiness. Small and reactive pupils, nystagmus or hori-

zontal gaze paralysis toward the side of the lesion. Midline and ipsilateral ataxia,

(continued)

138

hemiplegia. Thalamic hemorrhage may pres-

ent with sensory phenomena, but often the

hemorrhage compresses ascending arousal

systems early so that loss of consciousness is

the primary presentation.

101

When the hem-

orrhage is into the caudal part of the thalamus,

such as the putamen, which overlies the pos-

terior commissure, the initial signs may be due

to dorsal midbrain compression or injury

102

(see page 110), with some combination of forced

downgaze and convergence (‘‘peering at the

tip of the nose’’), fixed pupils, and retractory

nystagmus. Another neuro-ophthalmologic pre-

sentation of thalamic hemorrhage was descri-

bed by Miller Fisher as ‘‘wrong-way eyes.’’

107

Whereas frontal lobe insults usually result in

deviation of the eyes toward the side of the le-

sion (i.e., paresis of gaze to the opposite side

of space), after thalamic hemorrhage (or occa-

sionally deep intraparenchymal hemorrhage

that damages the same pathways

108

) there may

be a paresis of gaze toward the side of the lesion

(see Chapter 3).

PATHOPHYSIOLOGY

Hemorrhages of the end artery type are often

called hypertensive hemorrhages, although they

may occur in other clinical settings. The reason

for the predilection of this class of artery for

both occlusion (lacunar infarction) and hemor-

rhage is not known. Miller Fisher attempted to

identify the arteries that had caused lacunar

infarctions in postmortem examination of the

brain.

109

He found an eosinophilic degenera-

tion of the wall of small penetrating arteries in

the region of the infarct and proposed that this

‘‘lipohyalinosis’’ was the cause of the infarction.

However, this description was based on a small

number of samples and did not give any insight

into the nature of the pathologic process. Given

the fact that such vessels typically take off at

a right angle from large cerebral arteries, one

might expect high sheering forces at the vessel

origin, so that high blood pressure or other ath-

erosclerotic risk factors might cause earlier or

more severe damage. However, the mechanism

for this phenomenon remains unclear.

End artery hemorrhages typically produce a

large hematoma with considerable local tissue

destruction and edema. Because much of the

clinical appearance is due to the mass effect,

which eventually is resorbed, the patient may

initially to be much more neurologically im-

paired than would be caused by a comparably

sized infarct. However, if the patient can be

supported through the initial event, recovery

is often much greater than might be initially an-

ticipated, and the hematoma is resorbed, leav-

ing a slit-like defect in the brain.

Amyloid angiopathy results from deposition

of beta-amyloid peptide in the walls of cerebral

blood vessels.

110

These deposits disrupt the

arterial elastic media resulting in predisposi-

tion to bleeding. Because amyloid deposits

occur along blood vessels as they penetrate the

ipsilateral peripheral facial palsy, and contralateral extensor plantar response.

Occasionally, course may proceed for 1 to 2 weeks. Spinal fluid bloody.

Acute cerebellar infarction

Mostly hypertensive, mostly males. Onset at any time. Vertigo, ataxia, nausea, dull

headache, nystagmus, dysarthria, ipsilateral dysmetria; 24 to 96 hours later:

drowsiness, miosis, ipsilateral gaze paresis and facial paresis, worsening ataxia,

extensor plantar responses. Coma, quadriplegia, and death may follow if not

decompressed. Spinal fluid sometimes microscopically bloody.

Acute subarachnoid hemorrhage

Awake at onset, sometimes hypertensive, sudden headache, often followed within

minutes by unconsciousness. Pupils small or unilaterally dilated. Subhyaloid