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

Localizing Value of Abnormal

Pupillary Responses in Patients

in Coma

Characteristic pupillary responses are seen

with lesions at specific sites in the neuraxis

(Figure 2–7).

Diencephalic injuries typically result in small,

reactive pupils. Bilateral, small, reactive pupils

are typically seen when there is bilateral dience-

phalic injury or compression, but also are seen

in almost all types of metabolic encephalopathy,

and therefore this finding is also of limited value

in identifying structural causes of coma.

A unilateral, small, reactive pupil accompa-

nied by ipsilateral ptosis is often of great di-

agnostic value. If there is no associated loss of

sweating in the face or the body (even after the

patient is placed under a heating lamp that

causes sweating of the contralateral face), then

the lesion is likely to be along the course of the

internal carotid artery or in the cavernous si-

nus, superior orbital fissure, or the orbit itself

(Raeder’s paratrigeminal syndrome, although

in some cases the Horner’s syndrome is merely

incomplete). If there is a sweating defect con-

fined to the face (peripheral Horner’s syn-

drome), the defect must be extracranial (from

the T1–2 spinal level to the carotid bifurca-

tion). However, if the loss of sweating involves

the entire side of the body (central Horner’s

syndrome), it indicates a lesion involving the

pathway between the hypothalamus and the

spinal cord on the ipsilateral side. Although hy-

pothalamic unilateral injury can produce this

finding, lesions of the lateral brainstem tegmen-

tum are a more common cause.

Midbrain injuries may cause a wide range

of pupillary abnormalities, depending on the

Midbrain:

midposition, fixed

Pons:

pinpoint

Pretectal:

large, "fixed", hippus

Diencephalic:

small, reactive

Diffuse effects of

drugs, metabolic

encephalopathy, etc.:

small, reactive

III nerve (uncall):

dilated, fixed

Figure 2–7. Summary of changes in pupils in patients with lesions at different levels of the brain that cause coma. (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.)

58

Plum and Posner’s Diagnosis of Stupor and Coma

---

nature of the insult. Bilateral midbrain tegmen-

tal infarction, involving the oculomotor nerves

or nuclei bilaterally, results in fixed pupils,

which are either large (if the descending sym-

pathetic tracts are preserved) or midposition (if

they are not). However, pupils that are fixed

due to midbrain injury may dilate with the

ciliospinal reflex. This response distinguishes

midbrain pupils from cases of brain death. It is

often thought that pupils become fixed and di-

lated in death, but this is only true if there is a

terminal release of adrenal catecholamines. The

dilated pupils found immediately after death

resolve over a few hours to the midposition, as

are seen in patients who are brain dead or who

have midbrain infarction.

More distal injury, after the oculomotor nerve

leaves the brainstem, is typically unilateral. The

oculomotor nerve’s course makes it suscepti-

ble to damage by either the uncus of the tem-

poral lobe as it herniates through the tentorial

opening (see supratentorial causes of coma, page

103) or an aneurysm of the posterior commu-

nicating artery. Either of these lesions may com-

press the oculomotor nerve from the dorsal di-

rection. Because the pupilloconstrictor fibers

lie superficially on the dorsomedial surface of

the nerve at this level,

92

the first sign of im-

pending disaster may be a unilateral enlarged

and poorly reactive pupil. These conditions are

discussed in detail in Chapter 3.

Pontine tegmental injury typically results in

pinpoint pupils. The pupils can often be seen

under magnification to respond to bright light.

However, the simultaneous injury to both the

descending and ascending pupillodilator path-

ways causes near maximal pupillary constric-

tion.

86

The most common cause is pontine

hemorrhage.

Lesions involving the lateral medullary teg-

mentum, such as Wallenberg’s lateral medul-

lary infarction, may cause an ipsilateral central

Horner’s syndrome.

Metabolic and Pharmacologic

Causes of Abnormal

Pupillary Response

Although the foregoing discussion illustrates

the importance of the pupillary light response

in diagnosing structural causes of coma, it

is critical to be able to distinguish structural

causes from metabolic and pharmacologic

causes of pupillary abnormalities. Nearly any

metabolic encephalopathy that causes a sleepy

state may result in small, reactive pupils that

are difficult to differentiate from pupillary re-

sponses caused by diencephalic injuries. How-

ever, the pupillary light reflex is one of the most

resistant brain responses during metabolic en-

cephalopathy. Hence, a comatose patient who

shows other signs of midbrain depression (e.g.,

loss of other oculomotor responses) yet retains

the pupillary light reflex is likely to have a met-

abolic disturbance causing the coma.

During or following seizures, one or both

pupils may transiently (usually for 15 to 20

minutes, and rarely as long as an hour) be large

or react poorly to light. During hypoxia or

global ischemia of the brain such as during a

cardiac arrest, the pupils typically become large

and fixed, due to a combination of systemic

catecholamine release at the onset of the is-

chemia or hypoxia and lack of response by the

metabolically depleted brain. If resuscitation is

successful, the pupils usually return to a small,

reactive state. Pupils that remain enlarged and

nonreactive for more than a few minutes after

otherwise successful resuscitation are indica-

tive of profound brain ischemia and a poor

prognostic sign (see discussion of outcomes

from hypoxic/ischemic coma in Chapter 9).

Although most drugs that impair conscious-

ness cause small, reactive pupils, a few produce

quite different responses that may help to iden-

tify the cause of the coma. Opiates, for exam-

ple, typically produce pinpoint pupils that re-

semble those seen in pontine hemorrhage.

However, administration of an opioid antago-

nist such as naloxone results in rapid reversal

of both the pupillary abnormality and the im-

pairment of consciousness (naloxone must be

given carefully to an opioid-intoxicated patient,

because if the patient is opioid dependent, the

drug may precipitate acute withdrawal). Chap-

ter 7 discusses the use of naloxone. Muscarinic

cholinergic antagonist drugs that cross the

blood-brain barrier, such as scopolamine, may

cause a confused, delirious state, in combina-

tion with large, poorly reactive pupils. Lack of

response to pilocarpine eye drops (see above)

demonstrates the muscarinic blockade. Glu-

tethimide, a sedative-hypnotic drug that was

popular in the 1960s, was notorious for causing

large and poorly reactive pupils. Fortunately, it

is rarely used anymore.

Examination of the Comatose Patient

59

---