La disminución del umbral de activación de los nociceptores característica de la  sensibilización periférica  se manifiesta clínicamente con una mayor magnitud de dolor a una misma intensidad del estímulo nóxico (hiperalgesia primaria). Esta respuesta  ocurre sobre todo ante una lesión nerviosa o aplicación de calor y se centra en el mismo sitio de la lesión (figura  1). 

Figura 1. Hiperalgesia primaria. La persistencia  de un  estímulo nóxico  establece  una respuesta dolorosa aumentada en el sitio de la lesión (hiperalgesia primaria). Posteriormente se detecta una expansión dela sensación dolorosa por fuera de la zona lesionada (hiperalgesia secundaria).

La activación del sistema nervioso simpático que se produce en la sensibilización periférica  puede participar en el desarrollo de entidades de dolores mantenidos  por el simpático como el síndrome de dolor complejo regional (CPRS), el dolor visceral, el dolor isquémico  secundario a enfermedades vasculares periféricas y cardiopatías isquémicas, la neuralgia postherpética y la eritromelalgia.

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