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

anatomy and pathophysiology of each of these

processes is critical in evaluating patients in

coma.

COMPRESSIVE LESIONS

MAY DIRECTLY DISTORT

THE AROUSAL SYSTEM

Compression at key levels of the brain may

cause coma by exerting pressure upon the struc-

tures of the arousal system. The mechanism by

which local pressure may impair neuronal func-

tion is not entirely understood. However, neu-

rons are dependent upon axonal transport to

supply critical proteins and mitochondria to

their terminals, and to transport used or dam-

aged cellular components back to the cell body

for destruction and disposal. Even a loose lig-

ature around an axon causes damming of axon

contents on both sides of the stricture, due to

impairment of both anterograde and retrograde

axonal flow, and results in impairment of axonal

function. Perhaps the clearest example of this

relationship is provided by the optic nerve in

patients with papilledema (see section on in-

creased ICP, page 91). When a compressive

lesion results in displacement of the structures

of the arousal system, consciousness may be-

come impaired, as described in the sections

below.

Compression at Different Levels

of the Central Nervous System

Presents in Distinct Ways

When a cerebral hemisphere is compressed by

a lesion such as a subdural hematoma, tumor,

or abscess that grows slowly over a long period

of time, it may reach a relatively large size with

little in the way of local signs that can help

identify the diagnosis. The tissue in the cerebral

hemispheres can absorb a surprising amount of

distortion and stretching, as long as the growth

of the mass can be compensated for by dis-

placing cerebrospinal fluid (CSF) from the

ventricles in that hemisphere. However, when

there is no further room in the hemisphere

to expand, even a small amount of growth can

only be accommodated by compressing the di-

encephalon and midbrain either laterally across

the midline or downward. In such patients, the

impairment of consciousness correlates with

the displacement of the diencephalon and up-

per brainstem in a lateral or caudal direction.

1

Hence, when a patient with a hemispheric le-

sion reaches the point of impairment of con-

sciousness, there is very little time left to in-

tervene before the brain is irreparably injured.

The diencephalon may also be compressed

by a mass lesion in the thalamus itself (gener-

ally a tumor or a hemorrhage) or a mass in the

suprasellar cistern (typically a craniopharyngi-

oma, a germ cell tumor, or suprasellar exten-

sion of a pituitary adenoma; see Chapter 4). In

addition to causing impairment of conscious-

ness, suprasellar tumors typically cause visual

field deficits, classically a bitemporal hemia-

nopsia, although a wide range of optic nerve or

tract injuries may also occur. If a suprasellar

tumor extends into the cavernous sinus, there

may be injury to the cranial nerves that supply

the ocular muscles (III, IV, VI) and the oph-

thalmic division of the trigeminal nerve (V1).

On occasion, these tumors may also cause en-

docrine dysfunction. If they damage the pitui-

tary stalk, they may cause diabetes insipidus or

panhypopituitarism. In women, the presence

of a pituitary tumor is often heralded by ga-

lactorrhea and amenorrhea, as prolactin is the

sole anterior pituitary hormone under negative

regulation, and it is typically elevated when

the pituitary stalk is damaged.

The dorsal midbrain may be compressed by

a tumor in the pineal region. Pineal mass lesions

may be suprasellar germinomas or other germ

cell tumors (embryonal cell carcinoma, terato-

carcinoma) that occur along the midline, or

pineal masses including pinealcytoma or pineal

astrocytoma. Pineal masses compress the pre-

tectal area as well. Thus, in addition to causing

impairment of consciousness, they produce di-

agnostic neuro-ophthalmologic signs including

fixed, slightly enlarged pupils; impairment of vol-

untary vertical eye movements (typically eleva-

tion is impaired earlier and more severely than

depression) and convergence; and convergence

nystagmus and sometimes retractory nystagmus

(Parinaud’s syndrome; see page 110).

2

Hem-

orrhage into the pulvinar of the thalamus, which

overlies the pretectal area and dorsal midbrain,

may sometimes produce a similar constellation

of signs.

Posterior fossa compressive lesions most often

originate in the cerebellum, including tumors,

hemorrhages, infarctions, or abscesses, although

90

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

---

occasionally extra-axial lesions, such as a sub-

dural or epidural hematoma, may have a sim-

ilar effect. Tumors of the cerebellum include

the full range of primary and metastatic brain

tumors (Chapter 4), as well as juvenile pilocytic

astrocytomas and medulloblastomas in children

and hemangioblastoma in patients with von

Hippel-Lindau syndrome.

A cerebellar mass causes coma by direct com-

pression of the brainstem, which may also cause

the brainstem to herniate upward through the

tentorial notch. As the patient loses conscious-

ness, there is a pattern of pontine level dysfunc-

tion, with small reactive pupils, impairment of

vestibulo-ocular responses (which may be asym-

metric), and decerebrate motor responses.

3,4

Because the base of the pons is farthest from

the cerebellum, motor signs (e.g., upgoing toes)

are usually a relatively late finding, and suggest

instead an intrinsic brainstem mass. With up-

ward pressure on the midbrain, the pupils be-

come asymmetric or unreactive. If vestibulo-

ocular responses were not previously impaired

by pontine compression, vertical eye movements

may be lost.

Cerebellar mass lesions may also cause coma

by compressing the fourth ventricle to the point

where it impairs flow of CSF. This causes acute

hydrocephalus and rapidly increasing ICP (see

page 147). The onset of obstruction of the

fourth ventricle is typically heralded by nau-

sea and sometimes sudden, projectile vomiting.

There may also be a history of ataxia, vertigo,

neck stiffness, and eventually respiratory arrest

as the cerebellar tonsils are impacted upon the

lip of the foramen magnum. If the compression

develops slowly (i.e., over more than 12 hours),

there may also be papilledema. Because cere-

bellar masses may cause acute obstruction of

the fourth ventricle by expanding by only a few

millimeters in diameter, they are potentially very

dangerous.

On occasion, impairment of consciousness

may occur as a result of a mass lesion directly

compressing the brainstem. These are more

commonly intrinsic masses, such as an abscess

or a hemorrhage, in which case it is difficult to

determine how much of the impairment is due

to compression as opposed to destruction. Oc-

casionally, a mass lesion of the cerebellopon-

tine angle, such as a vestibular schwannoma,

meningioma, or cholesteatoma, may compress

the brainstem. However, these are usually slow

processes and the mass may reach a very large

size and often causes signs of local injury be-

fore consciousness is impaired.

The Role of Increased Intracranial

Pressure in Coma

A key and often misunderstood point is that

increases in ICP are withstood remarkably well

by the brain, as long as they progress relatively

slowly. In patients with chronic elevation of CSF

pressure, such as those with pseudotumor cer-

ebri, there is little evidence of brain dysfunction,

even when CSF pressures reach 600 mm of wa-

ter or greater. The chief problems induced by

increased ICP are papilledema and headache,

until the pressure gets high enough to impair

cerebral blood flow.

Papilledema is due to the pressure differen-

tial applied to the optic nerve by the increase in

ICP. Retinal ganglion cells within the eye are

subject to intraocular pressure, typically in the

same range as normal CSF pressure. Their axons

leave the eye through the optic disk and travel

to the brain via the optic nerve. Axoplasm flows

from the retinal ganglion cell bodies in the

eye, down the axon and through the optic disc.

Similarly, the retinal veins within the eye are

subject to intraocular pressure. They also leave

through the optic disc and run along the optic

nerve. The optic nerve in turn is surrounded by

a dural and arachnoid sleeve, which contains

CSF that communicates with the CSF in the

subarachnoid space around the brain.

5

The op-

tic disk itself is composed of a dense fibrous net-

work forming a cribriform (from the Latin for

sieve) plate that acts as a pressure fitting, so that

the optic nerve and retinal vein are exposed to

intraocular pressure on one side of the disk and

to ICP on the other side.

Normally, axonal transport proceeds unim-

peded and the retinal veins show normal venous

pulsations, as there is little, if any, pressure dif-

ferential between the two compartments. As

ICP rises above systemic venous pressure, ret-

inal venous pulsations are damped or elimi-

nated as an early feature of papilledema. The

retinal veins become larger and more numer-

ous appearing, because increased venous pres-

sure causes smaller veins to become more no-

ticeable on funduscopy. Thus, the presence of

retinal venous pulsations is a good but not

invariable sign of normal ICP, and engorge-

ment of retinal veins is a reliable early sign of

Structural Causes of Stupor and Coma

91

---