（第一节）气管、食管科学基础
一、气管、支气管应用解剖学
1.气管
气管（trachea）是由一串马蹄形透明软骨环与膜性组织连接而构成的管腔，软骨环位于外层和粘膜下层之间，为马蹄形的不完整环，占气管前2/3部，后壁为无软骨的坚实膜壁，由纤维结缔组织和平滑肌构成。上起环状软骨下缘，相当于第6颈椎水平，下至气管隆嵴处，相当于第5胸椎水平。成人气管长约10cm—12cm，气管腔的左右径稍大于前后径，左右径约为2cm—2.5cm，前后径约为1.5cm—2cm。
气管上段居于颈前正中，自环状软骨下缘至胸骨上窝，约有7—8个气管环称为颈部气管，因位置较浅，可在颈前触及；从胸骨上窝至气管隆嵴，约有9—12个气管环称为胸部气管，进入胸腔后，气管的位置较深。颈胸部气管约有16—20个马蹄形软骨环。第1与第2气管软骨环常连成一体，呈分枝状，其他气管环也可能有连着现象。颈部气管前面被覆有皮肤、筋膜、胸骨舌骨肌、胸骨甲状肌等；在第2—4气管环的前面，有甲状腺峡跨越。颈部的气管长度及其位置深浅与头位有关，头前倾时，颈部气管环部分进入胸腔，位置较深；头后仰时，颈部有较多气管环，位置变浅，易于暴露。
气管壁自内向外有粘膜层、粘膜下层、纤维软骨层，其外层即为纤维和肌肉层。粘膜层为假复层柱状上皮，含有很多杯状细胞；粘膜下层为疏松的脂肪结缔组织，含有分泌浆液与粘液的两种不同腺体，散布在整条气管内；外层内含有血管、淋巴管与神经。
气管的血供来自甲状腺下动脉与甲状腺下静脉，其分支分布于颈部气管前面，在胸骨上窝水平，气管前面尚与无名动脉及左无名静脉邻近；临床上气管切开术时若位置过低，套管弯度不合适，伤口感染累及上述血管时，可并发严重出血危及生命。淋巴引流至气管旁与气管前淋巴结。
气管的下端可见一纵形嵴突，称为气管隆嵴，是左右主支气管的分界，其边缘光滑锐利，是支气管镜检查时的一个重要解剖标志。
气管肌肉与粘膜的感觉神经纤维来自喉返神经，交感神经纤维主要来自中部颈神经节，并与喉返神经相联系。
2.支气管的结构
支气管（bronchus）的结构与气管相似，由软骨环、结缔组织与平滑肌组成，支气管进入肺门后，如树枝状反复分支，形成支气管树，此时分支愈分愈细，软骨环的数目逐渐减少，软骨环也更不完整，或呈不规则块状。成人气管在第5胸椎上缘水平分为左右两主支气管，分别进入两侧肺门后，继续分支如树枝状，按自上而下的分支顺序为：（1）主支气管（一级支气管），入左右二肺；（2）肺叶支气管（二级支气管），右侧分3支，左侧分2支，分别进入各肺叶；（3）肺段支气管（三级支气管），入各肺段；（4）细支气管（四级支气管），直径1mm以下，入肺小叶；（5）终末细支气管（五级支气管）；（6）呼吸性细支气管（六级支气管），入肺细叶；（7）呼吸性细支气管又依次分为三级，第三级呼吸性细支气管通入肺泡管及肺泡。
右侧主支气管较粗短，长2.5cm—3.0cm，直径1.4cm—2.3cm，与气管纵轴的延长线约成20°—30°，呼吸道异物较易落进右主支气管。右主支气管约在第5胸椎下缘水平进入肺门，分为上叶、中叶与下叶三个叶支气管。上叶支气管与右主支气管成约90°，开口处大多低于隆嵴0.5cm—1.0cm，距上叶支气管开口1.0cm—1.25cm处可分为尖、后、前三个段支气管，分别进入各肺段。中叶支气管距上叶开口1.0cm—1.5cm，开口于前壁，后又分出内侧、外侧段支气管。下叶支气管为右主支气管的延续部分，开口于中叶支气管后下方，分成5个段支气管，分别是上、内侧底、前底、外侧底和后底段支。
左侧主支气管较右侧长，稍细，位置较水平，与气管纵轴延长线约成40°—55°，长度约为5cm，直径1.0cm—1.5cm，在主动脉弓下方及食管、胸淋巴管与下行主动脉的前面，约在第6胸椎水平进入肺门，分为上叶与下叶两个叶支气管。自隆嵴向下约5cm处，在左支气管的前外侧，左肺上叶支气管进入肺段后，又分出尖后、尖下、前、上舌、下舌段支气管。左肺下叶支气管在肺上叶支气管的后方继续向下，分为上、内侧底、前底、外侧底、后底段支气管。
气管内壁覆有粘膜，为假复层柱状纤毛上皮，含有杯状细胞，粘膜下层内有腺体，能分泌浆液、粘液性液体。
支气管、细支气管与肺的血供来自支气管动脉与肺动脉、支气管静脉与肺静脉。
气管与支气管的淋巴结有左右气管旁淋巴结、左右支气管淋巴结、气管支气管下淋巴结、上叶支气管下第二级淋巴结、中叶支气管下第三级淋巴结与下叶支气管下第四级淋巴结等。
气管、支气管为交感神经与副交感神经所支配。交感神经纤维来自星状神经节，兴奋时使平滑肌舒张，气管、支气管扩张；副交感神经纤维来自迷走神经，兴奋时使气管、支气管收缩。
二、气管、支气管的生理学
气管借20多个“C”形软骨保持其管形，呼气时，其周围压力降低仍不致陷塌。“C”形软骨的缺口一致向后，缺口由厚而具有弹性的纤维与平滑肌所填充，使转动头颈时气管不受压，气管的软骨环之间也可随之旋转；作颈伸屈运动时，软骨环之间可以拉开或拉紧。因此，气管腔内有少许扩张与伸长的可能，随着呼吸、吞咽、咳嗽及呕吐，气管都在运动，气管也传递心搏，而伴有同步跳动。吸气时，胸廓与肺扩大，肺内部的支气管随之扩大与伸长，肺外部分的支气管与气管也扩大。由于肺门向前向下移动也使肺外部分支气管、气管伸长。这就能使相对不活动的椎旁与肺尖的支气管扩大与换气。气管、支气管与小支气管的运动，部分是被动的，部分是支气管分叉处的迷走神经感受器的反应。
气管、支气管的主要生理功能有：
1.呼吸调节功能
气管、支气管是吸入氧气，呼出二氧化碳，进行气体交换的主要通道，并有调节呼吸的作用。气管、支气管、细支气管及肺泡间的间质中皆有平滑肌纤维。气管的肌纤维位于其后侧壁；收缩时缩小气管腔，由于软骨环的支撑而限制缩小度，在细支气管则可因肌纤维收缩而至关闭管腔。深吸气时气管伸长，管腔则缩小。支气管及其分支则与气管不同，肌纤维与管腔成斜行排列，收缩时管腔收窄，同时使之缩短，管壁虽有些软骨，但其形状改变很大。收缩支气管肌肉的药物可缩小支气管管径70%，而肌松弛药物可增宽管径达25%，小支气管的肌纤维层较显著，占肺重量的50%，其作用也明显；终末细支气管的肌纤维收缩可至完全阻止空气的出入。
吸气时，气管、支气管扩张，可刺激位于气管、支气管内平滑肌中的感受器，兴奋由迷走神经纤维传至延髓呼吸中枢，抑制吸气中枢，使吸气转为呼气。呼气时，气管、支气管缩小，对感受器的刺激减弱，减少了对吸气中枢的抑制，于是吸气中枢又逐渐处于兴奋状态，开始了又一次的呼吸周期。
吸气时，由于气管、支气管腔增宽、胸廓扩张与膈肌下降，呼吸道内压力低于外界压力，有利于气体吸入。反之，呼气时，呼吸道内压力高于外界，将气体排出。正常时，气管、支气管腔通畅，气管阻力小，气体交换充分，动脉血氧分压为12kPa（90mmHg），二氧化碳分压为5.3kPa（40mmHg），血氧饱和度为96%。呼吸道内有病变时，如气管、支气管炎时，由于粘膜肿胀，分泌物增多，气管、支气管管腔变窄，气道阻力增加，妨碍气体交换，则氧分压降低，二氧化碳分压增高，血氧饱和度也随之降低。
2.清洁功能
呼吸道的清洁作用，有赖于气管、支气管内粘液与纤毛的协同作用。呼吸道的粘液，主要来源于气管、支气管粘膜中的粘液腺，而细支气管、肺泡等气体交换部分没有腺体，表面只有一层脂质薄膜物质。气道每日分泌粘液量约为100ml—200ml。粘膜上皮的漏出液也是气管、支气管内液体的来源，在正常情况下，粘液借纤毛的运动排出，仅少量湿润吸入空气。粘液的主要成份95%为水分，2%—3%为无机盐，2%—3%为粘蛋白，还有一些脂质。粘液可湿润呼吸道粘膜，并维持粘膜层纤毛的正常运动，对细菌、机械性刺激与化学性损伤起表面保护作用。当局部感染或有卡他炎症时，分泌增多，分泌物象地毯样吸附细菌，然后藉纤毛运动以排出之。气管、支气管的粘膜为假复层柱状纤毛上皮，每一上皮细胞约有200根纤毛，在呼吸道内有粘液的情况下，它们可以1200次/min的速度自下而上进行运动，将沉积在支气管内的细菌、颗粒等移送到较大的支气管或气管内，然后咳出，以净化与保护呼吸道。
除声带外，喉、气管及支气管整个呼吸道的粘膜全为纤毛柱状上皮，上有粘液层。正常的纤毛运动，有赖于粘膜表面的粘液层。纤毛呈有规律、有节奏的运动，约从160—1500次/min的运动使粘液层向喉方向漂动，将粘液及其附着的异物、细菌，以16mm/min的速度向外排出。绝大部分空气中吸入的8mm—20mm粒状物皆附着在支气管粘液层，经纤毛运动排除。可见纤毛运动对排除气管、支气管的微小异物相当重要。病理状态下，如缺氧可减慢或停止纤毛运动，但氧过多也可产生同样结果，呼吸道内分泌物过于粘稠，粘膜过于干燥时，可抑制纤毛运动，使呼吸道保护功能减退。高渗液、低渗液、PH值的改变也会影响纤毛运动。
3.防御性咳嗽反射
在气管、支气管内壁粘膜下具有丰富的传入神经末稍，主要来自迷走神经。冷、热等机械性刺激，烟尘、刺激性气体等化学性的刺激，都能刺激神经末梢而引起咳嗽反射。气管、支气管处的感受器对机械性刺激较敏感，肺叶支气管以下部位的感受器则对化学刺激比较敏感。感受器受刺激后，沿迷走神经传入延髓，再经传出神经传至声门及呼吸肌而产生咳嗽。肺胀气引起支气管反射性扩张，其感受器可能与反射性呼吸暂停有关，尘粒进入下呼吸道可致支气管收缩。
咳嗽时先作深吸气，接着关闭声门，并发生强烈的呼气动作，同时肋间肌、腹肌收缩，膈肌上升，胸腔缩小，肺内压、胸内压升高，然后声门突然开放，呼吸道内气体以极高速度咳出，并排出呼吸道内分泌物或异物。吸入刺激性强的化学气体后，可反射性引起声门关闭，支气管平滑肌收缩，使气体不易进入下呼吸道。咳嗽具有维持呼吸通畅的作用，因小儿咳嗽反射能力较弱，排出呼吸道分泌物的功能也较差，容易发生下呼吸道分泌物潴留。
4.免疫功能
在呼吸道分泌物中含有与抗感染有关的免疫球蛋白，如IgA、IgG、IgM与IgE等。目前，多认为这些免疫球蛋白来自于气管、支气管粘膜层内的浆细胞，具有增强呼吸道防御能力的功能。
呼吸道分泌物中的免疫球蛋白，一般以分泌性IgA为主，具有抑制细菌生长及中和毒素的作用，是使呼吸道免受感染的主要免疫球蛋白；在婴幼儿出生4月—6月后逐渐形成，至4岁—12岁后，达到正常水平。故小儿易发生呼吸道感染炎症。
呼吸道分泌物中还有一定量的IgG，对呼吸道也有防御功能。正常时，呼吸道内IgE含量不多，但在过敏体质的呼吸道分泌物中含量增加，是I型变态反应的重要反应素抗体。呼吸道中的IgM也与变态反应有关。
呼吸道分泌物中尚含有溶菌酶与补体，与分泌性IgA共同起溶菌作用。呼吸道中的细胞免疫作用表现为巨噬细胞的集聚与激活，能吞噬与消灭入侵的细菌。
在正常情况下，由于呼吸道的免疫功能，能使下呼吸道免受病毒或细菌的侵犯。在免疫功能减退时，则呼吸道发病率增加。
三、食管的解剖学
食管（esophagus）在环状软骨下缘，相当于第六颈椎水平，起于喉咽下端。食管入口在内镜下距上切牙15—20cm。食管在脊柱前垂直下降时，相对胸骨上窝水平，转向左侧。因此，颈段食管的手术人路通常最好是做左侧颈部切口。相对胸骨角和第四胸椎水平，食管被主动脉
向后推到中线。主动脉弓位于食管的上1/3段和中1/3段连接处，而食管的下1/3段正好经过心脏的后面。相对第7胸椎水平，食管再一次转向左，穿过横膈的食管裂孔，后者正对第lo胸椎水平。一旦穿过横膈即为腹部食管，长为2—4cm。胃食管连接处适对第11胸椎，位于肝脏左叶的食管沟内。
虽然食管已经是消化道最狭窄的部分，但沿食管全长还存在四个更狭窄处（图1），
图1管的四个生理狭窄（图片为三个生理狭窄，临床常因2、3生理狭窄距离近合称第二生理狭窄）
此四处生理性狭窄为易受损伤和异物易停留的部位，这在处理食管异物病例和误摄腐蚀性物质致食管烧灼伤病例时非常重要。四处生理性狭窄与上切牙间的距离因年龄和食管长度而异（图2）。
图2上切牙至食管各平面距离（cm）
第1狭窄是食管人口，由环咽肌收缩而致，是食管最狭窄的部位。异物最易嵌顿于此处。由于环咽肌牵拉环状软骨抵向颈椎，食管入口通常呈额位缝隙，吞咽时才开放。食管镜检查时，不易通过人口，可待吞咽时进入。食管入口的后壁环咽肌的上下有两个三角形的肌肉薄弱区（图3）。
图3环咽肌上薄弱区
环咽肌上三角区（Killian三角）位于喉咽部，两边为咽下缩肌，底为环咽肌。环咽肌下三角（Laimer三角）位于食管人口下方，底在上，为环咽肌，两边为食管的纵行肌纤维。
第2狭窄相当于第4胸椎平面，为主动脉弓压迫食管左侧壁所致，食管镜检查时局部可见搏动。
第3狭窄相当于第5胸椎平面，为左主支气管压迫食管前壁所致。
由于第2、3狭窄位置邻近，临床上合称为第2狭窄。
第4狭窄，相当于第10胸椎平面，为食管穿过横膈所致。
食管壁厚约3—4mm，从内到外由粘膜层、粘膜下层、肌层和外膜层组成。粘膜层内衬的上皮为坚韧的非角化复层扁平上皮。粘膜下层主要由致密胶原结缔组织构成，后者在食管静止、管腔萎陷时填入纵形皱襞，此层含有腺体、血管和神经。肌层传统描述为内环行和外纵行的两层肌纤维，事实上，环行肌层并非真正为水平向，而有10°—20°角，纵行肌层也并非完全垂直，而沿食管旋转1/4周，这就形成一种螺旋样构型，有利于蠕动。肌层在食管上1/3段主要为横纹肌，中1/3段为横纹肌和平滑肌混合组成，而在下1/3段主要为平滑肌。最外面的外膜层为薄层结缔组织，含有神经血管结构。
食管受交感神经和副交感神经的支配。交感神经纤维主要来自颈交感和胸交感链；副交感神经纤维主要来自迷走神经。
