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

in cases of transtentorial herniation, as the

brainstem dysfunction advances. At least one

patient with apneusis due to a brainstem in-

farct responded to buspirone, a serotonin 1A

receptor agonist.

53

ATAXIC BREATHING

Irregular, gasping respiration implies damage

to the respiratory rhythm generator at the pre-

Bo¨tzinger level of the upper medulla.

30

This

cell group can be specifically eliminated in ex-

perimental animals by the use of a toxin that

binds to neurons that express NK-1 receptors.

The resulting irregular, gasping breathing is

eerily similar to humans with bilateral rostral

medullary lesions, and it indicates that suffi-

cient neurons survive in the medullary reticu-

lar formation to drive primitive ventilatory ef-

forts, despite the loss of the neurons that cause

smooth to-and-fro respiration.

54

More complete

bilateral lesions of the ventrolateral medullary

reticular formation cause apnea, which is not

compatible with life unless the patient is artifi-

cially ventilated (Figure 2–5).

A variety of intermediate types of breathing

patterns are also seen with high medullary le-

sions. Some patients may breathe in irregular

clusters or ratchet-like breaths separated by

pauses. In other cases, particularly during in-

toxication with opiates or sedative drugs, the

breathing may slow and decline in depth grad-

ually until it fades into complete arrest.

There is a tendency in modern hospitals to

intubate and ventilate patients with structural

coma to protect the airway and permit treat-

ment of respiratory failure. If the patient fights

intubation or ventilation, paralytic drugs are

often administered. This compromises the abil-

ity of the neurologist to assess brainstem re-

flexes, and in some cases may delay diagnosis

and compromise care. Thus, it is important,

whenever possible, to delay intubation until

after the brief coma examination described

here has been completed.

SLEEP APNEA AND ONDINE’S

CURSE

Obstructive sleep apnea is a common disorder

in which the cross-section of the upper air-

way is anatomically narrow.

55,56

During sleep,

the muscles that keep the upper airway open,

including the genioglossus muscle that pulls

the tongue forward, undergo a gradual loss of

tone. This results in critical narrowing of the

airway and the increased rate of movement of

air tends to further reduce airway pressure,

resulting in sudden closure. Liable to the dis-

order are obese patients, because deposition of

fat in neck tissue reduces airway diameter;

men, because the increased ratio of the length

of the airway to its diameter predisposes to

collapse; and middle aged or older patients,

because muscle tone is more reduced during

sleep with age. However, cases may occur in

thin young adults, or even in children. Sleep

apnea typically occurs in cycles lasting a few

minutes each when the patient falls asleep,

airway tone fails and an obstructive apnea oc-

curs, blood oxygen levels fall, carbon dioxide

rises, and the patient is aroused sufficiently to

resume breathing. This cycle may be repeated

many times over the course of a night. The

fragmentation of sleep and intermittent hyp-

oxia result in chronic daytime sleepiness and

impairment of cognitive function, particularly

vigilance.

Excessive drowsiness during the day and

loud snoring at night may be the only clues.

Lethargy or drowsiness due to neurologic in-

jury may induce apneic cycles in a patient with

obstructive sleep apnea. However, as the level

of consciousness becomes more impaired, it

may be difficult to achieve the periodic arous-

als necessary to resume breathing.

Other patients with pauses in ventilation

have central sleep apnea. Most such patients

have congestive heart failure, and the pauses

are thought to be analogous to the periodic

breathing that is seen in patients who de-

velop Cheyne-Stokes respiration when they fall

asleep.

Failure of automatic breathing is a rare

condition, sometimes called Ondine’s curse,

named after the mythologic wood nymph whose

mortal lover lost autonomic functions when-

ever he went to sleep. In adults, Ondine’s curse

is seen after lesions of the ventrolateral med-

ullary chemosensory areas or bilateral damage

to the descending pathways that control auto-

matic respiration in the lateral columns of the

spinal cord (e.g., as a complication of cordot-

omy to relieve cancer pain).

57–62

In children, it

is most frequently seen as a congenital condi-

tion in infants, sometimes in association with

Hirschsprung’s disease, and either a neuroblas-

toma or pheochromocytoma, often associated

52

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

---

with a mutation in the PHOX2B gene.

63

A

variety of interventions have been successful,

ranging from a rocking bed, which provides con-

tinuous somatic sensory and vestibular stimula-

tion, to negative pressure ventilation, or even

diaphragmatic pacing.

64

YAWNING, HICCUPPING,

VOMITING

The neuronal pattern generators responsible

for coordinating respiratory-related behaviors

also are located in the ventrolateral medulla,

in close proximity to the nucleus ambiguus.

65

Yawning is a motor pattern that involves deep

inspiration associated with wide opening of the

jaw and generalized muscle stretching.

66,67

It

is seen even in patients who are locked in, and

hence is apparently organized at a medullary

level. Yawning may improve the compliance of

the lungs and chest wall, but its function is not

understood. It may be seen in lethargic pa-

tients, but yawning is also seen in complex par-

tial seizures emanating from the medial tem-

poral lobe, and is not of great localizing value.

Hiccups occur in patients with abdominal

or subphrenic pathology (e.g., pancreatic can-

cer) that impinges upon the vagus nerve.

68,69

Dexamethasone may induce hiccups; the mech-

anism is unknown.

70

Hiccups occasionally oc-

cur with lesions in the medullary tegmentum,

including neoplasms, infarction, hematomas,

infections, or syringobulbia. Because stuporous

patients with intracranial mass lesions are often

treated with corticosteroids to reduce brain

edema, it may be difficult to determine whe-

ther pressure on the floor of the fourth ven-

tricle from the mass lesion or the treatment

with corticosteroids is causing the hiccups.

71

Pathologic hiccupping is peculiarly more com-

mon in men; in a study of 220 patients at the

Mayo Clinic with pathologic hiccupping, all but

39 were men.

72

The hiccup reflex consists of a spasmodic

burst of inspiratory activity, followed 35 milli-

seconds later by abrupt glottic closure, so that

the ventilatory effect is negligible. On the other

hand, if the airway is kept open artificially (e.g.,

by tracheostomy), the inrush of air can be suf-

ficient to hyperventilate the patient. As an ex-

ample, one patient in New York Hospital with a

low brainstem infarct and tracheostomy main-

tained his total ventilation for several days by

hiccup alone.

Pathologic hiccups are difficult to treat.

73

A

number of drugs and physical approaches have

been tried, most of which do not work well.

Agents used to treat hiccups include pheno-

thiazines, calcium channel blockers, baclofen,

and anticonvulsants, gabapentin being the most

recent.

74

In steroid-induced hiccups, decreas-

ing the dose usually reduces the hiccups.

73

Vomiting is a reflex response involving co-

ordinated somatomotor (posture, abdominal

muscle contraction), gastrointestinal (reversal

of peristalsis), and respiratory (retching, breath

holding) components that are coordinated by

neurons in the ventrolateral medullary teg-

mentum near the compact portion of the nu-

cleus ambiguus. The vomiting reflex may be

triggered by vagal afferents

75,76

or by chem-

osensory neurons in the area postrema, a small

group of nerve cells that sits atop the nucleus

of the solitary tract in the floor of the fourth

ventricle, just at the level of the obex.

77

In patients with impaired consciousness,

vomiting is frequently due to lesions involving

the lateral pons or medulla, causing vestibular

imbalance. It occasionally occurs in patients

with irritative lesions limited to the region of

the nucleus of the solitary tract.

77

Such vomit-

ing is typically preceded by intense nausea.

More commonly, however, vomiting is due to a

sudden increase in intracranial pressure, such

as occurs in subarachnoid hemorrhage. The

pressure wave may stimulate the emetic re-

sponse directly by pressure on the floor of the

fourth ventricle, resulting in sudden, ‘‘projec-

tile’’ vomiting, without warning. This type of

vomiting is particularly common in children

with posterior fossa tumors. It is also seen in

adults with brain tumor, who hypoventilate

during sleep, resulting in cerebral vasodilation.

The small increase in intravascular blood vol-

ume, in a patient whose intracranial pressure is

already elevated, may cause a sharp increase in

intracranial pressure (see Chapter 3), resulting

in onset of an intense headache that may wa-

ken the patient, followed shortly thereafter by

sudden projectile vomiting. Children with pos-

terior fossa tumors may simply vomit without

headache.

Vomiting is also commonly seen in patients

with brain tumors during chemotherapy or

even radiation therapy. Tissue injury, particu-

larly in the gut, may release emetic hormones,

such as glucagon-like peptide-1 (GLP-1). GLP-

1 is detected by neurons in the area postrema,

Examination of the Comatose Patient

53

---