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

confusion about the source of the findings

should be short-lived.

DESTRUCTIVE LESIONS

AS A CAUSE OF COMA

Destructive lesions of the ascending arousal

system or its forebrain targets are paradoxically

less of an immediate diagnostic concern for the

examining neurologist. Unlike compressive le-

sions, which can often be reversed by removing

a mass, destructive lesions typically cannot be

reversed. Although it is important to recognize

the hallmarks of a destructive, as opposed to a

compressive, lesion, the real value comes in dis-

tinguishing patients who may benefit from im-

mediate therapeutic intervention from those

who need mainly supportive care.

DIFFUSE, BILATERAL

CORTICAL DESTRUCTION

Diffuse, bilateral destruction of the cerebral

cortex or its underlying white matter can occur

as a result of deprivation of metabolic substrate

(i.e., oxygen, glucose, or the blood that carries

them) or as a consequence of certain metabolic

or infectious diseases. This condition is often

the consequence of prolonged cardiac arrest in

a patient who is eventually resuscitated, but it

may also occur in patients who have diffuse hyp-

oxia due to pulmonary failure or occasionally in

patients with severe and prolonged hypoglyce-

mia. The lack of metabolic substrate causes neu-

rons in layers III and V of the cerebral cortex,

and in the CA1 and CA3 fields of the hippo-

campal formation, to be damaged,

71,72

presum-

ably as a result of excitatory amino acid toxicity

(see Figure 1–10). During periods of metabolic

deprivation, there is rundown of the ion gradi-

ents that support normal membrane polariza-

tion, resulting in depolarization of neurons and

release of their neurotransmitters. Excess ex-

citatory transmitter, particularly acting on

N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptors that

allow the intracellular shift of calcium ions, re-

sults in activation of genetic neuronal death

programs and the elimination of neurons that

receive intense excitatory amino acid inputs.

73

Because excitatory amino acids are used ex-

tensively for corticocortical communication, the

neurons that are at greatest risk are those that

receive those connections, which in turn are the

ones that are most responsible for cortical out-

put as well. The remaining neurons are essen-

tially cut off from one another and from their

outputs, and thus are unable to provide mean-

ingful behavioral response.

Patients who have suffered from a period of

hypoxia of somewhat lesser degree may appear

to recover after brain oxygenation is restored.

However, over the following week or so there

may be a progressive degeneration of the sub-

cortical white matter, essentially isolating the

cortex from its major inputs and outputs.

74

This

condition is seen most commonly after carbon

monoxide poisoning (see page 30), but may

occur after other sublethal episodes of hypoxia.

The mechanism of white matter injury is not

known, although it may be related to similar

white matter injury that is seen in Leigh’s dis-

ease,

mitochondrial

encephalopathy

with

‘‘strokes,’’ and other disorders of cerebral in-

termediary metabolism that leave the brain with

inadequate but sublethal impairment of oxida-

tive energy metabolism.

75

Other metabolic leukoencephalopathies,

such as metachromatic leukodystrophy and

Canavan’s disease, rarely occur in adults but

are considerations when assessing infants or

very young children. Adrenoleukodystrophy

may cause mainly posterior hemispheric white

matter disease, but rarely affects the level of

consciousness until very late in the disease.

Infectious causes of dysfunction of the ce-

rebral cortex or subjacent white matter include

prion infections (Creutzfeldt-Jakob disease,

Gerstmann-Stra¨ussler syndrome, etc.) and pro-

gressive multifocal leukoencephalopathy. These

disorders progress over a period of weeks to

months, and so rarely present a diagnostic di-

lemma by the time global consciousness is im-

paired. Subacute sclerosing panencephalitis,

due to slow viral infection with the measles

virus, can also cause this picture, but it is rarely

seen in populations in which measles vacci-

nation is practiced.

DESTRUCTIVE DISEASE OF

THE DIENCEPHALON

Bilateral destructive lesions of the diencephalon

are a rare cause of coma, in part because the

diencephalon receives its blood supply directly

from feeding vessels that take off from the major

114

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

---

arteries of the circle of Willis. Hence, although

vascular disease may affect the diencephalon

when any one major arterial source is compro-

mised, it is typically unilateral and does not im-

pair consciousness. An exception occurs when

there is occlusion of the tip of the basilar artery,

which supplies the posterior cerebral and com-

municating arteries bilaterally. The posterior

thalamic penetrating arteries take their origin

from these posterior components of the circle of

Willis, and as a consequence there may be bi-

lateral posterior thalamic infarction with a single

site of vascular occlusion.

76

However, nearly all

cases in which there is impairment of con-

sciousness also have some midbrain ischemia as

well (see vascular causes of coma in Chapter 4,

page 152).

Occasional inflammatory and infectious

disorders may have a predilection for the di-

encephalon. Fatal familial insomnia, a prion

disorder, is reported to affect the thalamus se-

lectively, and this has been proposed as a cause

of the sleep disorder (although this pro-

duces hyperwakefulness, not coma).

77

Behc¸et’s

disease may cause sterile abscess formation in

the diencephalon, which may depress the level

of consciousness.

78

Autoimmune disorders may also affect the

diencephalon. In patients with anti-Ma anti-

tumor antibodies, there are often diencephalic

lesions as well as excessive sleepiness and some-

times other symptoms of narcolepsy, such as

cataplexy.

79

It is now recognized that in most

patients with narcolepsy, there is a progressive

loss of neurons in the lateral hypothalamus

that express the neurotransmitter orexin, also

called hypocretin.

80,81

This selective loss of

orexin neurons is believed to be autoimmune

in origin, although this remains to be demon-

strated definitively.

82

Loss of orexin neurons

results in excessive sleepiness, but should not

cause impairment of consciousness while

awake.

Rarely, primary brain tumors may arise in

the diencephalon. These may be either astrocy-

tomas or primary central nervous system lym-

phomas, and they can cause impairment of

consciousness as an early sign. Suprasellar tu-

mors such as craniopharyngioma or suprasellar

germinoma, or suprasellar extension of a large

pituitary adenoma, can compress the dienceph-

alon, but does not usually cause destruction

unless attempts at surgical excision cause local

vasospasm.

83

DESTRUCTIVE LESIONS

OF THE BRAINSTEM

In destructive disorders of the brainstem, acute

loss of consciousness is typically accompanied

by a distinctive pattern of pupillary, oculomotor,

motor, and respiratory signs that indicate the

level of the brainstem that has been damaged.

Unlike rostrocaudal deterioration, however, in

which all functions of the brainstem above the

level are lost, tegmental lesions of the brainstem

often are accompanied by more limited findings

that pinpoint the level of the lesion.

Destructive lesions at the level of the mid-

brain tegmentum typically destroy the ocu-

lomotor nuclei bilaterally, resulting in fixed

midposition pupils and paresis of adduction,

elevation, and depression of the eyes. At the

same time, the abduction of the eyes with ocu-

locephalic maneuvers is preserved. If the ce-

rebral peduncles are also damaged, as with a

basilar artery occlusion, there is bilateral flac-

cid paralysis.

A destructive lesion of the rostral pontine

tegmentum spares the oculomotor nuclei, so

that the pupils remain reactive to light. If the

lateral pontine tegmentum is involved, the de-

scending sympathetic and ascending pupillodi-

lator pathways are both damaged, resulting in

tiny pupils whose reaction to light may be dis-

cernible only by using a magnifying glass. Dam-

age to the medial longitudinal fasciculus causes

loss of adduction, elevation, and depression in

response to vestibular stimulation, but abduc-

tion is preserved, as are behaviorally directed

vertical and vergence eye movements. If the

lesion extends somewhat caudally into the

midpons, there may be gaze paresis toward

the side of the lesion or slow vertical eye move-

ments, called ocular bobbing, or its variants

(Table 2–3). When the lesion involves the base

of the pons, there may be bilateral flaccid pa-

ralysis. However, this is not necessarily seen

if the lesion is confined to the pontine teg-

mentum. Facial or trigeminal lower motor neu-

ron paralysis can also be seen if the lesion ex-

tends into the more caudal pons. Involvement

of the pons may also produce apneustic or ataxic

breathing.

On the other hand, destructive lesions that

are confined to the lower pons or medulla do

not cause loss of consciousness.

84

Such patients

may, however, have sufficient damage to the

Structural Causes of Stupor and Coma

115

---