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

Turn right

A

Brainstem intact

(metabolic

encephalopathy)

B

Right lateral

pontine lesion

(gaze paralysis)

C

MLF lesion

(bilateral internuclear

ophthalmoplegia)

D

Right paramedian

pontine lesion

(1 1/2 syndrome)

E

Midbrain lesion

(bilateral)

Right side

Left side

Bilateral

Bilateral

Cool water

Warm water

Turn left

Tilt back

Oculocephalic responses

Caloric responses

Tilt forward

66

---

Figure 2–9. Ocular reflexes in unconscious patients. The left-hand side shows the responses to oculocephalic maneuvers (which should only be done after the possibility of cervical

spine injury has been eliminated). The right-hand side shows responses to caloric stimulation with cold or warm water (see text for explanation). Normal brainstem reflexes in a

patient with metabolic encephalopathy are illustrated in row (A). The patient shown in row (B) has a lesion of the right side of the pons (see Figure 2–8), causing a paralysis of gaze

to that side with either eye. Row (C) shows the result of a lesion involving the medial longitudinal fasciculus (MLF) bilaterally (bilateral internuclear ophthalmoplegia). Only

abducens responses with each eye persist. The patient in row (D) has a lesion involving both MLFs and the right abducens nucleus (one and a half syndrome). Only left eye

abduction is retained. Row (E) illustrates a patient with a midbrain infarction eliminating both the oculomotor and trochlear responses, leaving only bilateral abduction responses.

Note that the extraocular responses are identical to (C), in which there is a bilateral lesion of the MLF. However, pupillary light responses would be preserved in the latter case.

(From Saper, C. Brain stem modulation of sensation, movement, and consciousness. Chapter 45 in: Kandel, ER, Schwartz, JH, Jessel, TM. Principles of Neural Science. 4th ed.

McGraw-Hill, New York, 2000, pp. 871–909. By permission of McGraw-Hill.)

67

---

eyes toward the side of cold water stimulation.

Any activation of the anterior canal (which ac-

tivates the ipsilateral superior rectus and the

contralateral inferior oblique muscles) and the

posterior canal (which activates the ipsilateral

superior oblique and contralateral inferior rec-

tus muscles) by caloric stimulation cancel each

other out.

When caloric stimulation is done in an

awake patient who is trying to maintain fixation

(e.g., in the vestibular testing laboratory), cool

water (about 308C) causes a slow drift toward

the side of stimulation, with a compensatory

rapid saccade back to the midline (the direc-

tion of nystagmus is the direction of the fast

component). Warm stimulation (about 448C)

induces the opposite response. The traditional

mnemonic for remembering these movements

is ‘‘COWS’’ (cold opposite, warm same), which

refers to the direction of nystagmus in an

awake patient. This mnemonic can be con-

fusing for inexperienced examiners, as the re-

sponses seen in a comatose patient with an

intact brainstem are the opposite: cold water

induces only tonic deviation (there is no lit-

tle or no corrective nystagmus), so the eyes

deviate toward the ear that is irrigated. The

presence of typical vestibular nystagmus in a

patient who is unresponsive indicates a psy-

chogenic cause of unresponsiveness (i.e., the

patient is actually awake). The absence of a

response to caloric stimulation does not always

imply brainstem dysfunction. Bilateral vestib-

ular failure occurs with phenytoin or tricyclic

antidepressant toxicity. Aminoglycoside vestib-

ular toxicity may obliterate the vestibular re-

sponse, but oculocephalic responses may per-

sist, the neck muscles supplying the afferent

information.

112

On the other hand, because the oculomotor

pathways are spatially so close to those in-

volved in producing wakefulness, it is rare for a

patient to have acute damage to the oculo-

motor control system without a change in con-

sciousness.

Patient 2–1

A 56-year-old man with a 20-year history of poorly

controlled hypertension came to the emergency

department with a complaint of sudden onset of

severe dizziness. On examination, he was fully

awake and conversant. Pupils were 2.5 mm and

constricted to 2.0 mm with light in either eye. The

patient could not follow a moving light to either

side or up or down. Hearing was intact, as were

facial, oropharyngeal, and tongue motor and sen-

sory responses. Motor and sensory examination

was also normal, tendon reflexes were symmetric,

and toes were downgoing.

The patient was sent for computed tomography

(CT) scan, which showed a hemorrhage into the

periventricular gray matter in the floor of the fourth

ventricle at a pontine level, which tracked rostrally

into the midbrain. During the CT scan the patient

lapsed into coma. At that point, the pupils were

pinpoint and the patient was unresponsive with

flaccid limbs. He subsequently died, but autopsy

was not permitted.

Comment. The sudden onset of bilateral im-

pairment of eye movements on the background of

clear consciousness is rare, and raised the possi-

bility of a brainstem injury even without uncon-

sciousness. Although the CT scan demonstrated a

focal hemorrhage selectively destroying the ab-

ducens nuclei and medial longitudinal fasciculi,

the proximity of these structures to the ascending

arousal system was demonstrated by the loss of

consciousness over the next few minutes.

Finally, if there has been head trauma, one

or more eye muscles may become trapped

by a blowout fracture of the orbit. It is im-

portant to distinguish this cause of abnor-

mal eye movements from damage to neural

structures, either peripherally or centrally.

This is generally done by an ophthalmologist,

who applies topical anesthetics to the globe

and uses a fine, toothed forceps to tug on the

sclera to attempt to move the globe (forced

duction). Inability to move the globe through

a full range of movements may indicate a

trapped muscle and requires evaluation for

orbital fracture.

Interpretation of Abnormal

Ocular Movements

A wide range of eye movements may be seen,

both at rest and during vestibular stimulation.

Each presents clues about the nature of the

insult that is causing the impairment of con-

sciousness.

68

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

---