O reflexo de estiramento ocorre em nível muscular e pra que ele ocorra é importante salientarmos uma estrutura enrolada profundamente nas fibras musculares da região central do músculo. Esta estrutura chama-se fuso muscular ou fuso neuromuscular e é muito sensível ao estiramento (alongamento) das fibras musculares.
Quando ocorre alongamento da fibra muscular, o fuso envia sinais sensitivos à medula espinal e a resposta é uma contração deste mesmo músculo para evitar a ruptura de suas fibras, gerando uma resposta protetora. Desta mesma forma o fuso muscular também age para a manutenção do tônus muscular e de nossa postura, adaptando o grau de contração das fibras musculares de acordo com as necessidades daquele momento. O teste clássico do martelinho no tendão patelar é para testar os reflexos do fuso muscular do quadríceps e sua velocidade de reação à percussão. Porém temos reflexos em vários outros tendões além deste.
Os neurônios motores periféricos situados na medula espinhal reagem a diversos estímulos mesmo quando são isolados do cérebro e para que esta reação ocorra é necessária à formação de um arco reflexo. Os arcos reflexos podem ser segmentares ou intersegmentares. Um reflexo segmentar é aquele em que o arco reflexo passa através apenas de um pequeno segmento do SNC, participando deste circuito o receptor, o neurônio aferente, a sinapse no SNC, o neurônio eferente e o órgão efetuador. São exemplos de reflexos segmentares: o reflexo luminoso pupilar e o reflexo miotático. Um reflexo intersegmentar é aquele em que são utilizados múltiplos segmentos do SNC, participando do circuito o receptor, o neurônio aferente, a sinapse com o neurônio internuncial, o neurônio internuncial, a sinapse com o neurônio eferente, o neurônio eferente e o órgão efetuador.
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