Los receptores de la tos o receptores irritantes de rápida adaptación se localizan principalmente en la pared posterior de la tráquea, la faringe y en la carina de la tráquea, punto en el que ésta se ramifica en los bronquios principales. Los receptores son menos abundantes en las vías respiratorias distales, y están ausentes más allá de los bronquiolos respiratorios. Cuando se activan, los impulsos viajan a través del nervio laríngeo interno, una rama del nervio laríngeo superior que procede del nervio vago (CN X), hasta la médula del cerebro. Esta es la vía neural aferente. A diferencia de otras áreas responsables de acciones involuntarias como la deglución, no existe un área definitiva que haya sido identificada como el centro de la tos en el cerebro.
La vía neural eferente sigue, con señales relevantes transmitidas de vuelta desde la corteza cerebral y la médula a través de los nervios vago y laríngeo superior a la glotis, los intercostales externos, el diafragma y otros músculos inspiratorios y espiratorios principales. El mecanismo de la tos es el siguiente:
- El diafragma (inervado por el nervio frénico) y los músculos intercostales externos (inervados por los nervios intercostales segmentarios) se contraen, creando una presión negativa alrededor del pulmón.
- El aire se precipita hacia los pulmones para igualar la presión.
- La glotis se cierra (músculos inervados por el nervio laríngeo recurrente) y las cuerdas vocales se contraen para cerrar la laringe.
- Los músculos abdominales se contraen para acentuar la acción del diafragma que se relaja; simultáneamente, los otros músculos espiratorios se contraen. Estas acciones aumentan la presión del aire dentro de los pulmones.
- Las cuerdas vocales se relajan y la glotis se abre, liberando aire a más de 100 mph.
- Los bronquios y las porciones no cartilaginosas de la tráquea se colapsan para formar hendiduras a través de las cuales el aire es forzado, lo que elimina cualquier irritante adherido al revestimiento respiratorio.
La estimulación de la rama auricular del nervio vago que irriga el oído también puede provocar una tos. Este reflejo de la tos en el oído se conoce también como reflejo de Arnold. La debilidad de los músculos respiratorios, la traqueotomía o la patología de las cuerdas vocales (incluida la parálisis o la anestesia) pueden impedir la limpieza eficaz de las vías respiratorias.