Os receptores da tosse ou receptores irritantes de adaptação rápida estão localizados principalmente na parede posterior da traquéia, faringe e na carina da traquéia, o ponto onde a traquéia se ramifica para os brônquios principais. Os receptores são menos abundantes nas vias respiratórias distais e ausentes para além dos bronquíolos respiratórios. Quando desencadeados, os impulsos viajam através do nervo laríngeo interno, um ramo do nervo laríngeo superior que provém do nervo vago (CN X), até à medula do cérebro. Esta é a via neural aferente. Ao contrário de outras áreas responsáveis por ações involuntárias como a deglutição, não há área definitiva que tenha sido identificada como o centro de tosse no cérebro.
A via neural eferente segue então, com sinais relevantes transmitidos de volta do córtex cerebral e da medula via vaginal e nervos laríngeos superiores para a glote, intercostais externos, diafragma e outros principais músculos inspiratórios e expiratórios. O mecanismo de uma tosse é o seguinte:
- Diafragma (interiorizado pelo nervo frênico) e os músculos intercostais externos (interiorizado pelos nervos intercostais segmentares) contraem-se, criando uma pressão negativa ao redor do pulmão.
- Air corre para os pulmões para igualizar a pressão.
- A glote fecha (músculos inervados pelo nervo laríngeo recorrente) e as cordas vocais contraem-se para fechar a laringe.
- Os músculos abdominais contraem-se para acentuar a acção do diafragma relaxante; simultaneamente, os outros músculos expiratórios contraem-se. Estas acções aumentam a pressão do ar dentro dos pulmões.
- As cordas vocais relaxam e a glote abre-se, libertando ar a mais de 100 mph.
- Os brônquios e porções não cartilaginosas da traquéia colapsam para formar fendas através das quais o ar é forçado, o que elimina quaisquer irritantes ligados ao revestimento respiratório.
A estimulação do ramo auricular do nervo vago que abastece o ouvido também pode provocar tosse. Este reflexo da tosse auricular também é conhecido como reflexo do Arnold. A fraqueza dos músculos respiratórios, traqueostomia ou patologia da corda vocal (incluindo paralisia ou anestesia) pode impedir a limpeza eficaz das vias aéreas.