background image

Medicine 

Dr. Zuhair 

 

 

 

 

 

Neurology 

 

Coma

” 

 

 

 

Dr. Zuhair 

 LECTURE 13

 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

Coma 

 

 

 

Objectives 

  To roughly understand the anatomical basis of Consciousness 

  To know the common causes of coma 

  To know the basic management of patients with coma.  

Definition 

Consciousness is a state of awareness of self and environment, responsiveness 
(by thought and physical action) to external stimulation and inner need and 
wakefulness (eyes are open.) 

Anatomy of consciousness (

Important 

for the exam

!) 

Almost all instances of diminished alertness can be traced to widespread 
(bilateral)
 abnormalities of the cerebral hemispheres or unilateral (small) lesion 
of a special system termed the reticular activating system (RAS) which 
originates from rostral brain stem 
and projects after synaptic relays in the 
thalamic nuclei to the cerebral cortex; it controls the overall degree of central 
nervous system activity, including wakefulness, attentiveness and sleep.  
 

 

 

It follows that the principal causes of coma are (1) lesions that damage 

the RAS or its projections (even small lesion that are unilateral); (2) 
destruction of large portions of both cerebral hemispheres; and (3) 
suppression of reticulo-cerebral function by drugs, toxins, or metabolic 
derangements such as hypoglycemia, anoxia, uremia, and hepatic failure. 
 

The proximity of the RAS to structures that control pupillary function 

and eye movements (in the brainstem) permits clinical localization of the 
cause of coma in many cases
. Abnormalities in pupillary reactivity to light and 
eye movements suggest brain stem lesion while preservation of these functions 
indicates lesions or metabolic suppression of the cerebral hemispheres. 

Note

: This lecture has been extensively edited by the students and contains much 

more information than the one presented by the doctor, if you want you can find the 
original unedited lecture in muhadharaty.com as a pdf or a slideshow.  


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

 

Aetiology 

1) Metabolic:  Many systemic metabolic abnormalities cause coma by 
interrupting the delivery of energy substrates hypoxia, ischemia, and 
hypoglycemia (single most important metabolic cause) or by altering neuronal 
excitability
 (drug and alcohol intoxication, anesthesia, and epilepsy).

 
Extrinsic: 

  Alcohol 
  Substance abuse 
  Drugs 
  Heavy metals and 

poisons 
 

 

Intrinsic:  

  Fluid (Shock) and 

electrolytes 

  Nutritional (e.g. 

Thiamine deficiency)  

  Endocrine 
  Organ failure 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Note mentioned by Dr. Zuhair:  

Most important metabolic 
causes

 of coma are 

hypoglycemia, Thiamine 
deficiency (Wernicke's 
encephalopathy) and morphine 
or benzodiazepine intoxication. 

Rx

: Glucose water for 

hypoglycemia, Thiamine 
(VitB1) for thiamine deficiency, 
Naloxone for morphine 
intoxication and Flumazenil for 
benzodiazepine intoxication. 

 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

2) Structural (Cerebral Mass Lesions and Herniations)  

 

The cranial cavity is separated into compartments by infoldings of the dura. The 
two cerebral hemispheres are separated by the falx and the anterior and 
posterior fossae by the tentorium.  

Herniation refers to displacement of brain tissue into a compartment that it 

normally does not occupy. The most common herniations are from the 
supratentorial to the infratentorial compartments through the tentorial opening, 
hence transtentorial. The causes of structural coma is usually (Traumatic, 
Vascular, Inflammatory, Neoplastic or Degenerative)
 

 
 

  Supratentorial herniation (should be extensive) 

 

1)  Uncal transtentorial herniation refers to impaction of the anterior 

medial temporal gyrus (the uncus) into the tentorial opening just anterior 
to and adjacent to the midbrain. The displaced brain tissue compresses the 
third nerve as it traverses the subarachnoid space, and results in 
enlargement of the ipsilateral pupil. 

 

2)  Central transtentorial herniation denotes a symmetric downward 

movement of the thalamic medial structures through the tentorial opening 
with compression of the upper midbrain. 

 

3)  Cingulate (subfalcine) is the displacement of the cingulate gyrus under 

the falx and across the midline. 

 

4)  Transcalvarial  

 
 

  Infratentorial herniation (even small 

lesion can cause coma) 

 

5)  Upward cerebellar or 

upward transtentorial 
 

6)  Tonsillar (downward cerebellar or 

foraminal) forcing of the cerebellar 
tonsils into the foramen magnum 
which causes compression of the 
medulla and respiratory arrest. 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Workup 

Is it Coma? How bad it is? 

There is a continuum of states of reduced alertness, the severest form being 
Coma, which is a state of unconsciousness from which the patient cannot be 
aroused, even by powerful stimulation. Stupor refers to a higher degree of 
arousability in which the patient can be awakened only by vigorous stimuli, 
accompanied by motor behavior that leads to avoidance of uncomfortable or 
aggravating stimuli. Drowsiness, which is familiar to all persons, simulates 
light sleep and is characterized by easy arousal and the persistence of alertness 
for brief periods.  


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

Several other neurologic conditions render patients apparently 

unresponsive and thereby simulate coma, and certain subsyndromes of coma 
must be considered separately because of their special significance:  
 

  Locked in state: a condition in which a patient is aware-cortex is intact- 

but cannot move or communicate verbally due to complete paralysis of 
nearly all voluntary muscles in the body except for the eyes, usually 
caused by caudal brain stem lesion and since the patient cortex is intact 
he/she is cognitively intact. 

 

  Vegetative state: signifies a state of apparent awakefulness (eyes are 

open) but nonresponsive, usually due to widespread lesions of the 
cerebral cortex and thalamus. The patient cognitively and emotionally is 
impaired.  

 

  Minimally conscious state: closely related but less severe then 

vegetative state the patient with this state may make intermittent 
rudimentary vocal or motor responses. 

 

 

 

The severity of the coma can be assessed by glasgow coma scale which will be 
disscussed later in the appendix. 
 

Is it metabolic or structural?  

Disscussed above. 
 

 

Is it Supratentorial (Cortex) or Infratentorial (Brainstem)? 

This  may be assessed on axial images of CT and MRI scans 
 

 
 
 

ABC 

Acute respiratory and cardiovascular problems should be attended prior to any 
physical or neurological assessment.  
 

 
 
 

I

M

P

O

R
T

A
N


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

History: 

 In many cases, the cause of coma is immediately evident (e.g., trauma, cardiac 
arrest, or known drug ingestion). In the remainder, certain points are especially 
useful for identifying the cause:  

1)  the circumstances and rapidity with which neurologic symptoms developed.  
2)  the antecedent symptoms (confusion, weakness, headache, fever, seizures, 

dizziness, double vision, or vomiting). 

3)  the use of medications, illicit drugs, or alcohol. 
4)  chronic liver, kidney, lung, heart, or other medical disease. 

 

General physical examination: 

The temperature, pulse, respiratory rate and pattern, and blood pressure 
should be measured quickly. 
 
  Temprature: Fever suggests a systemic infection, bacterial meningitis, or 

encephalitis. While  Hypothermia is observed with alcoholic, barbiturate, 
sedative, or phenothiazine intoxication; hypoglycemia; peripheral 
circulatory failure; or hypothyroidism
. Hypothermia itself causes coma only 
when the temperature is <31°C. 

 
  Respiratory rate and pattern: Tachypnea may indicate systemic acidosis or 

pneumoniaAberrant respiratory patterns that reflect brainstem disorders 
are discussed later. 

 
  Blood pressure: Marked hypertension either indicates hypertensive 

encephalopathy or is the result of a rapid rise in intracranial pressure most 
often after cerebral hemorrhage or head injury. Hypotension is characteristic 
of coma from alcohol or barbiturate intoxication, internal hemorrhage, 
myocardial infarction, sepsis, profound hypothyroidism, or addisonian crisis
 

 
 

Medical exam. 

For example funduscopic examination can detect subarachnoid hemorrhage 
(subhyaloid hemorrhages), hypertensive encephalopathy (exudates, 
hemorrhages, vessel-crossing changes, papilledema), and increased ICP 
(papilledema).  
 
 
 
 
 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

Neurological exam. 

The goals of neurological exam is:  

  Functional assessment 

  Is there structural brain damage? 

  Supra x Infra tentorial? 

  Differential diagnosis of Coma? 

 

First by inspection,  
 
Tossing about in the bed, reaching up toward the face, crossing legs, yawning, 
swallowing, coughing, or moaning denotes a state close to normal awakeness
Lack of restless movements on one side or an outturned  leg suggests a 
hemiplegia. Intermittent twitching movements of a foot, finger, or facial muscle 
may be the only sign of seizures

The terms decorticate rigidity and decerebrate rigidity, describe 

stereotyped arm and leg movements occurring spontaneously or elicited by 
sensory stimulation. Flexion of the elbows and wrists and supination of the arm 
(decortication) suggests bilateral damage rostral to the midbrain, whereas 
extension of the elbows and wrists with pronation (decerebration) indicates 
damage to motor tracts in the midbrain or caudal diencephalon. 

 

Level of arousal,  
 
Sequence of increasingly intense stimuli is used to determine the threshold for 
arousal and the optimal motor response of each side of the body. Tickling the 
nostrils with a cotton wisp is a moderate stimulus to arousal, while pressure on 
the knuckles or bony prominences and pinprick stimulation are humane forms 
of noxious stimuli.

 

 

 
Brain stem reflexes,  
 
Assessment of brainstem function is 
essential to localization of the lesion in 
coma
. The brainstem reflexes that are 
conveniently examined are pupillary 
responses to light 
(midbrain function), 
spontaneous and elicited eye 
movements
corneal responses (pontine 
function), and the respiratory pattern 
(medullary function) as demonstrated in 
the figure.  


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

 

As a rule, when these brainstem activities are preserved, particularly the 

pupil reactions and eye movements, coma must be ascribed to bilateral 
hemispheral disease. The converse, however, is not always true, as a mass in the 
hemispheres may be the underlying cause of coma but nonetheless produce 
brainstem signs by inducing  transtentorial herniation. 

 

1)  Pupillary Signs (Midbrain function) 
Pupillary reactions are examined with a bright, diffuse light: 

•  Normally reactive and round pupils of midsize (2.5–5 mm) essentially 

exclude midbrain damage, either primary or secondary to compression.  

 

• 

The most extreme pupillary sign, bilaterally dilated and unreactive 
pupils, indicates severe midbrain damage
, usually from compression 
by a supratentorial mass. (Mydriatic pupil= Midbrain damage)

 

 

•  Very small but reactive pupils (<1 mm) characterize narcotic or 

barbiturate overdoses but also occur with extensive pontine hemorrhage. 
(Pinpoint pupil = Pontine Hemorrhage or Morphine) 
 

• 

Hutchinson's pupil is a clinical sign in which the pupil on the side of an 
intracranial mass lesion (example uncal herniation) is dilated and 
unreactive to light, due to compression of the oculomotor nerve on that 
side. It has 3 stages: 

 

Stage 1, the parasympathetic fibers on the side of injury are irritated, 

leading to constriction of pupil on that side. In stage 2, the parasympathetic fibers on the side of injury 
are paralysed, leading to dilatation of pupil. The fibers on the opposite oculomotor nerve are irritated, 
leading to constriction on opposite side. In stage 3, the parasympathetic fibers on both sides are 
paralysed - leading to bilateral pupillary dilatation. 

 
2)  Ocular Movements (Pontine function)  
The eyes are first observed by elevating the lids and noting the resting position 
and spontaneous movements of the globes. Lid tone, tested by lifting the eyelids 
and noting their resistance to opening and the speed of closure, is reduced 
progressively as coma deepens. 
 

•  Horizontal divergence of the eyes at rest is normal in drowsiness.

 

As 

coma deepens, the ocular axes may become parallel again. 

 

•  Conjugate horizontal ocular deviation to one side indicates damage to the 

pons on the opposite side or alternatively, to the frontal lobe on the same 
side. This phenomenon is summarized by the following maxim: The eyes 
look toward a hemispheral lesion and away from a brainstem lesion.  

 

 

I

M

P

O
R

T

A
N

T

 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

10 

 

The oculocephalic reflexes depend on the integrity of the ocular motor 

nuclei and their interconnecting tracts that extend from the midbrain to the pons 
and medulla. These reflexes are elicited by moving the head from side to side or 
vertically and observing evoked eye movements in the direction opposite to the 
head movement also called doll’s eyes maneuver. 

 
Preservation of evoked reflex eye movements signifies the integrity of  the 

brainstem and implies that the origin of unconsciousness lies in the cerebral 
hemispheres. The opposite, an absence of reflex eye movements, usually 
signifies damage within the brainstem but can be produced infrequently by 
profound overdoses of certain drugs. 

 
Thermal, or  “caloric,” stimulation of the vestibular apparatus 

oculovestibular response) provides a more intense stimulus for the 
oculocephalic reflex but gives fundamentally the same information. The test is 
performed by irrigating the external auditory canal with cool water in order to 
induce convection currents in the labyrinths. After a brief latency, the result is 
tonic deviation of both eyes to the side of cool-water irrigation and nystagmus 
in the opposite direction. (The acronym “COWS” has been used to remind 
generations of medical students of the direction of nystagmus— “cold water 
opposite, warm water same.”)

 

The loss of conjugate ocular movements indicates 

brainstem damage. The absence of nystagmus despite conjugate deviation of 
the globes indicates that the cerebral hemispheres are damaged or 
metabolically suppressed

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I

M

P

O

R
T

A
N

I

M

P

O

R
T

A
N


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

11 

 

      Corneal reflex, by touching the cornea with a wisp of cotton, a response 
consisting of brief bilateral lid closure is normally observed. The corneal 
reflexes depend on the integrity of pontine pathways between the fifth (afferent) 
and both seventh (efferent) cranial nerves.  
      Eyelid release test, to test facial nerve, gently pull eyelids up with your 
both thumbs and release them simultaneously. The eyelid on hemiplegic side 
glide down slowly. 

 
 

3) Respiratory patterns (medullary function):  

(not important 

for the exam

)

 

These are of less localizing value in comparison to other brainstem signs.  
Many respiratory patterns have been identified: 
 

  Shallow, slow, but regular breathing: metabolic or drug depression.  

  Cheyne-Stokes (in its classic cyclic form, ending with a brief apneic 

period): Supra-tentorial /metabolic  

  Central neurogenic hyperventilation: Midbrain/pons 

  Apneustic (short-cycle Cheyne-Stokes): pons/medulla 

  Ataxic (Biot): medulla 

  Intermittent: medulla 

 

Motor system exam,  
 

Signs of hemiplegia/ asymmetry 

  Wrist-dropping test          

  Arm-dropping test           faster drop on site of hemiplegia 

  Legs-dropping test           

  Driven postures: Decorticate or Decerebrate (discussed previously.)  

 

Meningeal Irritation Signs. 

Neck stiffness: this sign is postive only if there is limitation of forward 
flexion which indicates meningism. Stiffness and limitation in more than 
one direction usually exclude meningitis as the cause as it may be due to 
cervical spondylitis. So examining the head for all types of movments is a 
must to differntiate between different causes.  
 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

12 

 

Kernig's sign: positive when the thigh is flexed at the hip and knee at 90 
degree angles, and subsequent extension in the knee is painful (leading to 
resistance). 

Brudzinski's signs: Is the appearance of involuntary lifting of the legs 
when lifting a patient's head off the examining couch, with the patient 
lying supine

 

 

Investigations 

The studies that are most useful in the diagnosis of coma are: chemical-
toxicologic analysis of blood and urine, cranial CT or MRI, EEG, and CSF 
examination 

 

Management 

The immediate goal in a comatose patient is prevention of further nervous 
system damage.  
 
Specific
: Hypotension, hypoglycemia, hypercalcemia, hypoxia, hypercapnia, 
and hyperthermia should be corrected rapidly.  
 

  IV access is established, and naloxone and dextrose are administered if 

narcotic overdose or hypoglycemia are even remote possibilities.  

  Thiamine is given along with glucose to avoid provoking Wernicke 

disease in malnourished patients.  

  In cases of suspected basilar thrombosis with brainstem ischemia, IV 

heparin or a thrombolytic agent is often utilized, after cerebral 
hemorrhage has been excluded by a neuroimaging study.  

  Physostigmine may awaken patients with anticholinergic-type drug 

overdose but should be used only by experienced physicians. 

  Antibiotics for suspected meningitis 

 
Non specific: Feeding, Positioning, physiotherapy, monitoring, nursing care, 
etc… 

 

End 

 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

13 

 

Appendix

Glasgow coma scale

: is a neurological scale which aims to give a reliable 

and objective way of recording the conscious state of a person for initial as well 
as subsequent assessment. It consists of 3 elements (Eye opening (E), Verbal 
response (V) and Motor response (M)). 

 

Decortication

 

Decerebration

 


background image

Coma                                                                                                    Dr. Zuhair 

 

14 

 

Case example mentioned by Dr. Zuhair: 

1) Female with coma, on exam eye lid release test was positive on the right, 
wrist and arm drop test were positive also on the right, brain stem reflexes were 
intact.  

 

What do you think the site of the lesion? It is supratentorial (cortical)  
 

Is it unilateral or bilateral? Since it is only to the right this means that it is 
unilateral but as we mentioned previously that the cortical causes of coma 
should be bilateral and extensive! So we have to think about a unilateral lesion 
that is complicated by herniation as an example.  

After 6 hours during your re-examination you found pupillary signs, what do 
you expect? This proves that the cause was herniation and now it is 
compressing the brain stem structures giving pupillary signs. 

If the eyelid release positive on one side and leg release test was on the opposite 
side, what are the possible sites of the lesion? It is either bilateral supratentorial 
or brain stem lesion. 

 

Note:  

Lesion in the rostral (upper) brain stem causes coma. (Even a small lesion) 

Lesion in the caudal (lower) brain stem causes locked in state.  

 
 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: حسن بحر
المشاهدات: لقد قام 196 عضواً و 898 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل