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eScholarship
Open Access Publications from the University of California

Irritación Química Sensorial ó Quimioestesis (Chemical Sensory Irritation or Chemesthesis)

  • Author(s): Cometto-Muniz, J. Enrique
  • et al.
The data associated with this publication are within the manuscript.
Abstract

Además de los clásicos sentidos químicos del olfato y el gusto, existe otro sentido originalmente llamado “sentido químico común” y que hoy se lo prefiere llamar “quimioestesis” ó “nocicepción química”. Esta modalidad es también conocida como “irritación química sensorial”. En las mucosas de la cara (ocular, nasal, y oral), el sustrato neural de la quimioestesis es, principalmente, el nervio trigémino (V par craneano). Es por eso que esta vía sensorial se conoce como “quimiorrecepción trigeminal”. Las sensaciones quimioestésicas pueden ser agrupadas bajo el término general de “pungencia” ó “pungentes” e involucran, entre otras, irritación, cosquilleo, picadura, frescor, ardor, punzadura, picazón, y quemazón. Dado que prácticamente todos los vapores pungentes producen olor a concentraciones más bajas de las que producen pungencia, cualquier medición directa de umbrales de detección de pungencia nasal (i.e., estimulación trigeminal) está muy influenciada por la presencia simultánea de olor (i.e, estimulación olfativa). Dos estrategias para medir umbrales de pungencia nasal evitando interferencia olfatoria son la utilización de sujetos anósmicos (i.e., carentes de olfato funcional), ó la medición de umbrales de localización (lateralización) nasal de vapores, los cuales, a diferencia de los de detección nasal, sólo se alcanzan por activación trigeminal. Otro índice de sensibilidad quimioestésica trigeminal es la medición de umbrales de irritación ocular. Estos umbrales han sido medidos para vapores de varias series químicas homólogas, resultando ser, en general, cercanos a los de pungencia nasal. Ambos tipos de umbrales disminuyen al aumentar la cadena carbonada dentro de cada serie homóloga, hasta alcanzar un homólogo a partir del cual se pierde la capacidad de producir quimioestesis, aún si los compuestos en cuestión son presentados a saturación de vapor. Se ha desarrollado un modelo de estructura química-actividad, basado en una ecuación de solvatación, que describe y predice eficientemente la potencia quimioestésica de una gran variedad de vapores pungentes. Existen excepciones a este modelo que incluyen: a) vapores químicamente muy reactivos, b) compuestos que actúan en base a efectos restrictivamente específicos, y c) sustancias que exceden cierto tamaño molecular crítico. Se ha comenzado a dilucidar la identidad de los receptores quimioestésicos, entre los que se destacan varias familias de canales iónicos de potencial receptor transiente (TRP), muchos de los cuales son receptores térmicos, además de químicos. Se concluye que la producción de irritación química sensorial por vapores comúnmente presentes a nuestro alrededor es el resultado de la activación de múltiples procesos receptores y moduladores. Por este motivo, esta sensibilidad química particular necesita ser investigada en sujetos humanos desde una perspectiva sensorial integrada, además de serlo desde perspectivas neurales y moleculares aisladas, particularmente cuando se trata de elucidar relaciones de estructura química-actividad.

Appart from the classical chemical senses of olfaction and taste, there is another sense originally called “common chemical sense” and now refered to as “chemesthesis” or “chemical nociception”. This sensory modality is also known as “chemical sensory irritation”. In the face mucosae (ocular, nasal, and oral) chemesthetic sensations are principally mediated by the trigeminal nerve (V cranial nerve). For this reason, this sensory modality is also called “trigeminal chemoreception”. Chemesthetic sensations can be grouped together under the general term “pungency” or “pungent” and include, among others, irritation, tingling, stinging, freshness, burning, prickling, and piquancy. Since almost all pungent vapors also produce an odor at lower concentrations than those at which they produce pungency, any direct measurement of nasal pungency thresholds (i.e., trigeminal stimulation) is confounded by the simultaneous presence of a smell (i.e., olfactory stimulation). We followed two strategies to measure nasal pungency thresholds devoid of olfactory interference: 1) to test anosmics (i.e., subjects lacking a functional sense of smell); and 2) to measure nasal localization (i.e., lateralization) thresholds which, in contrast to nasal detection thresholds, can only be reached via trigeminal activation. Another index of trigeminal chemesthetic activation is the measurement of eye irritation thresholds. These thresholds have been measured for vapors of homologous chemical series and were shown to be, in general, close to those for nasal pungency. Both types of chemesthetic thresholds (i.e., nasal and ocular) tend to decrease with increasing carbon chain length within each homologous series until a homolog is reached from where on the capacity to evoke chemesthesis is lost, even when the homologs are presented at vapor saturation. Based on a solvation equation, we have developed a quantitative structure-activity relationship (QSAR) model capable of efficiently describing and predicting the chemesthetic potency towards humans of a wide variety of pungent vapors. Exceptions to our model include: a) chemically highly reactive vapors, b) compounds that act via very specific mechanisms, and c) substances that excede a critical molecular size. Researchers have begun to understand the molecular identity of chemesthetic receptors; among them there are various families of transient receptor potential (TRP) ion channels, many of which are not only chemoreceptors but also thermoreceptors. We conclude that the production of chemosensory irritation by vapors commonly present in our environment is the result of multiple sets of receptor and modulating processes. For this reason, and particularly when addressing issues of structure-activity relationships for human chemesthetic sensitivity, the approach needs to include a broad, integrated-system sensory methodology, in addition to the more narrow and detailed cellular and molecular methodologies.

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