The axon reflex[1] (or the flare response)[2] is the response stimulated by peripheral nerves of the body that travels away from the nerve cell body and branches to stimulate target organs. Reflexes are single reactions that respond to a stimulus making up the building blocks of the overall signaling in the body's nervous system. Neurons are the excitable cells that process and transmit these reflex signals through their axons, dendrites, and cell bodies. Axons directly facilitate intercellular communication projecting from the neuronal cell body to other neurons, local muscle tissue, glands and arterioles. In the axon reflex, signaling starts in the middle of the axon at the stimulation site and transmits signals directly to the effector organ skipping both an integration center and a chemical synapse present in the spinal cord reflex. The impulse is limited to a single bifurcated axon,[3] or a neuron whose axon branches into two divisions and does not cause a general response to surrounding tissue.
The axon reflex arc is distinct from the spinal cord reflex arc. In the spinal cord reflex pathway the afferent neuron transmits information to spinal cord interneurons. These interneurons act collectively, process and make sense of inbound stimuli, and stimulate effector neurons acting as an integration center.[4] The effector neurons leaving the integration center transmit a response to the original tissue the reflex arose resulting in a response. The axon reflex results in a localized response to only the locally innervated cells of the single neuron where the signal originated.[5] The axon reflex pathway does not include an integration center or synapse that relays communication between neurons in the spinal cord reflex. The stimulus, therefore, is diverted to the effector organ without entering the neuronal cell body and therefore indicates that the axon reflex is not a true reflex where afferent impulses pass through the central nervous system before stimulating efferent neurons.
El reflejo axónico fue descubierto y descrito como "un nuevo tipo de reflejo periférico" que pasa por alto el centro de integración y la sinapsis en el sistema nervioso central. El descubrimiento del reflejo axonal encontró que el reflejo axónico activa las arteriolas locales provocando vasodilatación y contracción muscular. Esta contracción muscular se observó en personas con asma donde los neuropéptidos liberados causaron que el músculo liso de las vías respiratorias se contrajera. De manera similar, la liberación de agentes colinérgicos en las terminales nerviosas sudomotoras evoca un reflejo axónico que estimula las glándulas sudoríparas, lo que induce al cuerpo a sudar en respuesta al calor. El reflejo axónico es posible mediante la transmisión de señales desde los receptores cutáneos de la piel.
El reflejo axónico fue descubierto por Kovalevskiy y Sokovnin, dos científicos rusos en 1873. [5] Describieron el reflejo axónico como un nuevo tipo de reflejo periférico (o local) donde la señal eléctrica comienza en el medio del axón y se transmite inmediatamente saltándose ambos. un centro de integración y una sinapsis química como se observa típicamente en el reflejo de la médula espinal.
En 1890, el fisiólogo británico John Neuport Langley investigó el movimiento del pelo de los gatos expuestos a temperaturas frías. Langley observó que incluso después de la estimulación, el pelo de gato en las áreas circundantes seguía aumentando. Langley concluyó que la estimulación neuronal primaria no terminaba después de la primera sinapsis, sino que estaba involucrada en conexiones ramificadas a múltiples neuronas que provocaban que se levantara el pelo de gato en las áreas circundantes. [4] Langley definió esta vía como "reflejo axónico".
A principios del siglo XX, el cardiólogo británico Sir Thomas Lewis investigó la abrasión mecánica de la piel. La piel demostró una respuesta trifásica. Primero, se desarrolla una mancha roja que se extiende hacia afuera debido a la liberación de histamina de los mastocitos. En segundo lugar, un color rojo más brillante se extendió alrededor del lugar original debido a la dilatación arteriolar. La última fase fue la producción de un líquido lleno de ronchas sobre el lugar original. Lewis creía que la respuesta de la piel se debía a la dilatación de los vasos sanguíneos vecinos que eran desencadenadas por el sistema nervioso a través del reflejo axónico. [4] Esta respuesta trifásica fue denominada triple respuesta de Lewis . La dilatación de las arteriolas en la zona afectada se debe a la vasodilatación . Aunque Lewis observó una vasodilatación que podría explicarse por el reflejo del axón, todavía no había evidencia directa que explicara la ramificación de los nervios desde el centro de un axón en lugar de un cuerpo celular o qué agentes químicos eran responsables de la piel de gallina, la línea roja y la dilatación. Síntomas de los vasos sanguíneos. [4]
En los años 60, los científicos A. Janscó-Gabor y J. Szolcsányi demostraron que cuando se aplican sobre la piel sustancias químicas irritantes y estimulantes eléctricos, se estimulan los nocirreceptores cutáneos. Estos sensores del dolor envían señales a los tejidos vecinos, lo que provoca una extravasación , también conocida como fuga de los vasos sanguíneos. Esta respuesta es similar a la investigación de Lewis con la vasodilatación, ya que ambas dependen de una inervación sensorial intacta que afecta los tejidos vecinos. [5]
A finales del siglo XX surgieron métodos más sofisticados para la observación directa del reflejo axónico debido a herramientas de imagen más precisas y técnicas más avanzadas. Un ejemplo son los estudios con láser Doppler, que utilizan imágenes con láser Doppler para observar el flujo sanguíneo de la piel y determinar la función vascular. [6] Este tipo de técnicas de recolección experimentales producen datos experimentales que sugieren un mecanismo para explicar cómo la interacción de factores neuronales y dotaciones genéticas hace que algunos individuos sean más resistentes al frío. Estas técnicas de investigación han ayudado a mejorar el tratamiento médico y la prevención de daños en la piel relacionados con el frío y lesiones por congelación.
Cuando un impulso proximal estimula los receptores de estiramiento y calor en una rama de un axón bifurcado, la señal producida retrocede hacia el punto de bifurcación del axón. Luego, el impulso se refleja hacia la otra rama del axón hasta el órgano efector que provoca el reflejo axónico. Los reflejos axónicos estimulan numerosos órganos efectores, incluidos los sistemas endocrino, vascular y circulatorio, según la ubicación de la estimulación. Un ejemplo es la picazón, un tipo de nocicepción, cuyo reflejo a menudo evoca un deseo de rascarse. El compuesto capsaicina se puede utilizar para agotar las sustancias químicas en las terminaciones nerviosas reflejas del axón y reducir los síntomas de picazón y dolor. [5]
Fisiológicamente, el reflejo axónico ayuda a mantener la homeostasis o regulación del ambiente interno del cuerpo en respuesta al ambiente externo cambiante, asegurando que el ambiente interno sea estable y relativamente constante. El reflejo axónico responde a cambios externos de temperatura, concentración química y composición del aire. Ejemplos de mecanismos mediados por reflejos axónicos incluyen picazón, inflamación, dolor, asma y circulación dérmica. [5]
El cuerpo responde a múltiples tipos de traumatismos, incluidas infecciones, lesiones físicas o daños tisulares tóxicos, a través de la inflamación . Cuando la sensación de dolor aumenta, el reflejo axónico estimula (y es responsable de) la liberación de muchas sustancias químicas necesarias que promueven la inflamación del tejido local de la región traumatizada. [5] El reflejo axónico regula la vasodilatación o el flujo sanguíneo adicional a los tejidos diana. El reflejo axónico permite que los músculos se contraigan en el menor tiempo posible regulando la conducción de señales en la unión neuromuscular.
En la circulación dérmica, el reflejo axónico controla la temperatura y la circulación en los tejidos mediante vasodilatación. Las pequeñas fibras nerviosas llamadas termorreceptores son sensibles a la temperatura y pueden actuar como sensores que inician la vasodilatación mediada por el reflejo axónico. Las enfermedades neuromusculares se pueden predecir tempranamente por la presencia de reflejos anormales de las fibras musculares y las contracciones correspondientes. Esto surge porque los axones pueden generar sus propios potenciales de acción cuando se hiperexcitan por el estímulo original; esto se conoce como potencial de fasciculación en la fibra muscular. [7] Las fasciculaciones son características prominentes en la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y podrían ser evidencia de un reflejo axónico anormal con más investigaciones. [8]
En el asma , el reflejo axónico induce la liberación de varios neuropéptidos , incluida la sustancia P , la neuroquinina A y la calcitonina . Estos tres neuropéptidos provocan la contracción del músculo liso de las vías respiratorias, lo que también ocurre mediante un mecanismo similar en las alergias.
Este mismo mecanismo de reacción también es responsable de la pérdida de calor corporal en las extremidades, como se demuestra mediante el test de Hunter. Una prueba clínica para el paciente que se puede realizar es la QSART, o prueba cuantitativa del reflejo axónico sudomotor, que estimula el sistema nervioso autónomo de un individuo estimulando las glándulas sudoríparas mediante la promoción de los reflejos axónicos. [9] La piel se estimula con electricidad, provocando dichos reflejos axónicos, lo que permite valorar el tipo y gravedad de los trastornos nerviosos autónomos y neuropatías periféricas como el asma o la esclerosis múltiple.
Los humanos y los primates utilizan la respuesta sudomotora para provocar la termorregulación o el control de la temperatura corporal, principalmente a través del sistema nervioso simpático con influencias insignificantes del sistema nervioso parasimpático . [10] Los receptores sensibles al calor están presentes en la piel, las vísceras y la médula espinal, donde reciben información del entorno exterior y la envían al centro termorregulador del hipotálamo.
Una respuesta al sudor estimula los receptores muscarínicos M3 en las glándulas sudoríparas y un reflejo axónico sudomotor. En el reflejo sudomotor, los agentes colinérgicos se unen a los receptores nicotínicos de las terminales nerviosas sudomotoras, provocando un impulso que viaja hacia el soma, o lo contrario del impulso normal. En el soma de la neurona sudomotora simpática posganglionar, el impulso se ramifica y viaja de forma ortodrómica, o alejándose del soma. Finalmente, cuando este impulso llega a otras glándulas sudoríparas, provoca una respuesta indirecta de sudor reflejo axónico. Los reflejos axónicos sudomotores pueden amplificarse periféricamente en la transmisión de la magnitud del potencial de acción por la acetilcolina . [10] La acetilcolina también activa las fibras sudomotoras y los nociceptores aferentes primarios, desencadenando reflejos axónicos en ambos. Sin embargo, en caso de daño a los nervios ( neuropatía ), todavía hay cierto aumento en la sudoración mediada por el reflejo axónico.
Los receptores cutáneos son receptores sensoriales de la piel que detectan cambios de temperatura ( termorreceptores ) y dolor ( nociceptores ). Estos receptores cutáneos inician un impulso mediante la excitación del axón sensorial principal hacia la médula espinal. El reflejo axónico es la propagación de este impulso desde el axón principal a los vasos sanguíneos cercanos en el área estimulada de la piel. Estos impulsos en la zona afectada liberan agentes químicos que hacen que los vasos sanguíneos se dilaten y gotean, provocando que la piel sude. La acetilcolina se libera y provoca un aumento del calcio extracelular, lo que provoca una hiperpolarización extracelular seguida de dilatación de la arteriola. El enrojecimiento conduce a la respuesta intensa del reflejo axónico. [11]
Este mecanismo de vasodilatación está respaldado por investigaciones, y la efectividad de la respuesta vasomotora puede explicarse por el valor de Tau (la constante de tiempo de la circulación sanguínea en esa área experimenta el efecto de un sensor). En general, el valor de Tau no cambia mucho en temperaturas de 39 °C y superiores, mientras que las temperaturas inferiores a 39 °C exhibirán una variación significativa en el valor de Tau. La señal que provoca la vasodilatación se origina a partir de un aumento de la temperatura de la piel, acercándose a un umbral de alrededor de 40 °C. La fase de enfriamiento de Tau dependerá de la mecánica corporal y de la capacidad del individuo para irradiar calor desde el cuerpo.