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第二节 气管与主支气管
气管与支气管主要由透明软骨作支架,内覆黏膜,外被结缔组织及平滑肌纤维构成。气管与支气管不仅是空气通过的管道,还具有防御、清除异物、调节空气温度和湿度的作用。
一、气管与主支气管的解剖学
(一)气管
气管为喉与气管杈之间的呼吸道。气管上端起于环状软骨下缘(平第6颈椎体下缘),向下至胸骨角平面(相当于第4、5胸椎体交界处)分为左、右主支气管(图2-5)。
图2-5 气管与支气管
1.气管的形态
气管主要由气管软骨、平滑肌纤维及结缔组织构成。气管软骨呈马蹄铁形,约占气管周径的2/3,其数目以14~17个最多见(87%),男性平均较女性多一个软骨环。气管下端分成左、右支气管的分叉处称气管杈,此处气管软骨环中部向下形成一尖形突起,在气管杈内形成半月状嵴,名气管隆嵴。气管的后壁由弹性纤维和平滑肌封闭,称气管膜壁,其内所含的平滑肌称气管肌。各相邻的气管软骨间,均由富于弹性纤维形成的环状韧带(又称气管韧带)互相连接。气管软骨具有支架作用,可使气管壁不被压扁,保持管腔永远呈开放状态,以维持呼吸功能的正常进行。同时,气管膜壁具有一定的舒缩性,有利于食管扩张。
气管的长度和口径因性别和年龄而不同。一般成年男性气管较女性长而粗,小儿气管细小,位置较深而活动度较大,故易受到刺激而损伤。
2.气管的位置
气管的上端多位于第6颈椎体的下缘,一般女子气管的上端较男子稍高。气管杈多位于第5胸椎体(58%)稍偏向中线右侧,当深呼吸时,可下降到第6胸椎体的高处。新生儿气管杈的位置前面多与第2胸肋关节相对(66.67%);后面多平对第4胸椎(60%)。
3.气管的分段和毗邻关系
气管依其行程分为颈、胸两部。气管颈部较短,上平环状软骨下缘,下至胸骨颈静脉切迹(第2、3胸椎平面)续于气管胸部。颈部前面有皮肤、颈筋膜和胸骨舌骨肌及胸骨甲状肌覆盖,相当于3~4气管软骨的前面尚有甲状腺峡横过。儿童的左头臂静脉与主动脉弓可平颈静脉切迹或其上方越过气管前方;后方与食管相邻;两侧有甲状腺左右叶和颈部血管神经束。气管胸部较长,自颈静脉切迹平面续于颈部,下至胸骨角平面气管杈处,位于上纵隔内、两侧胸膜囊之间。其前面有胸骨柄、胸骨甲状肌、胸腺、甲状腺下静脉、左右头臂静脉、主动脉弓、头臂干、左颈总动脉、心深丛及淋巴结;后方为食管;左侧与主动脉弓、左颈总动脉、左锁骨下动脉及喉返神经相邻;右侧与右头臂静脉、上腔静脉、右迷走神经、奇静脉、右肺及胸膜等相邻。
4.气管的血管、淋巴管和神经
气管颈部由甲状腺下动脉发出的数支气管支营养,并与甲状腺上动脉的气管支和支气管动脉吻合。气管胸部前、后面分别由胸廓内动脉的纵隔前动脉和胸主动脉的气管支营养。气管静脉在其周围形成静脉丛,多汇成一支较粗的静脉,经甲状腺下静脉或甲状腺奇静脉丛。气管淋巴管丰富,分为黏膜层和黏膜下层两组。淋巴管汇入气管支气管淋巴结、气管前淋巴结、气管旁淋巴结等。迷走神经及喉返神经的感觉纤维分布于气管黏膜,运动纤维支配气管肌收缩和腺体分泌。由颈中交感神经节发出的纤维分布至动脉,支配其收缩。
(二)主支气管
主支气管是气管杈与肺门之间的管道。左、右主支气管之间的夹角即气管杈交角,其角度的统计有两种:①中线角,即气管中线与主支气管中线所成的交角,男性为79.5°,女性为79.2°,平均为79°;②嵴下角,即气管中线与主支气管下缘之间的交角,男性为58.3°,女性为64°,平均为60.6°。支气管夹角的大小与胸廓的形状有关,胸廓短宽者夹角较大,反之则较小。若夹角小于正常值,表明主支气管上方有受压的可能;若夹角过大,则表明气管杈下方的淋巴结肿大。
左支气管细而长,较倾斜,嵴下角较大(男性为36.4°,女性为39.3°),其上方有主动脉跨过。右支气管短而粗,为气管的直接连续,较陡直,嵴下角较小(男性为21.96°,女性为24.7°),因而异物多坠入右支气管内。
左、右主支气管由胸主动脉的支气管动脉、肋间动脉及胸廓内动脉的纵隔前动脉供养。气管前静脉汇入甲状腺下静脉,支气管前、后静脉分别汇入头臂静脉、奇静脉。支气管的淋巴管汇入气管支气管淋巴结。迷走神经的分支和喉返神经、支气管支以及交感神经分布于平滑肌和腺体。
二、气管与支气管的组织结构
气管和主支气管的管壁构造相同,与喉下部及肺内支气管亦相似,管壁由黏膜、黏膜下层和外膜构成(图2-6)。
图2-6 气管切面
A.高倍镜;B.低倍镜
(一)黏膜
黏膜表面衬有假复层纤毛柱状上皮,又称呼吸上皮。在不同个体,其形态与厚度略有差别。由于对外界刺激敏感,刺激反应增加可使上皮的高度增加,甚至部分上皮可变为复层扁平上皮细胞岛,这种细胞岛可维持终身。上皮下有明显基膜,但厚薄不一;基膜下为固有膜,由疏松结缔组织构成。在固有膜的深部弹性纤维形成弹性膜,将固有膜与黏膜下层作不明显的分隔。固有膜内含有血管、淋巴管及弥散淋巴组织,有时可见淋巴小结,小结可达黏膜下层及外膜,靠近腔面处,淋巴小结表面被无纤毛的单层扁平上皮或立方上皮所覆盖,无杯状细胞,淋巴细胞及巨噬细胞可侵入上皮。固有膜内浆细胞可合成IgA、IgG、IgM及IgE。IgA经上皮细胞转运时可与上皮细胞产生的分泌片结合成为分泌型IgA(SIgA),排至黏膜表面。SIgA能中和毒素、抵抗病毒及凝集细菌,具有黏膜免疫防御作用。
(二)黏膜下层
黏膜下层为疏松结缔组织,含有少量弹性纤维,但有较多的胶原纤维。此层内含血管、淋巴管、神经及大量混合腺(气管腺)。在人类,每一混合腺可分为纤毛导管、集合管及腺泡三部分。
1.纤毛导管
较短,开口于黏膜表面,衬有假复层纤毛柱状上皮,其下端与集合管相连。
2.集合管
衬有单层高柱状上皮,上皮细胞的胞质呈嗜酸性,有大量线粒体。具有吸收和转运水分与电解质的功能,可能与调节腺体分泌物中的水分及离子浓度有关。
3.腺泡
为混合性腺,由浆液性腺细胞和黏液性腺细胞共同组成。
(1)黏液性腺细胞:
呈不规则锥体形,细胞核扁圆形,位于细胞基部;细胞顶部胞质内有粗大的黏原颗粒,在HE染色切片中,颗粒不易着色,呈空泡状。在电镜下,黏原颗粒为电子密度低的小囊泡,粗面内质网、线粒体多位于细胞基部,高尔基复合体发达。黏液性腺细胞的分泌物黏稠,属于糖蛋白,排出后与水结合成为黏液。
(2)浆液性腺细胞:
多呈锥体形,细胞核圆形或椭圆形,位于细胞基部。在细胞顶部含有细小而折光性很强的分泌颗粒。在电镜下,颗粒有明显的界膜,中央为均质的内含物,细胞质内的细胞器与黏液性腺细胞相似。浆液性腺细胞的分泌物为水样液体,富有溶菌酶,排出后分布于黏液层下方,有利于纤毛的正常摆动。
人类的混合腺以黏液性腺细胞为主,仅有少量的浆液性腺细胞。在腺细胞间及集合管上皮细胞间有时有嗜酸性细胞。电镜观察显示光镜下所见的嗜酸性颗粒即为线粒体,它们密集地占据了细胞质的绝大部分,这种细胞是支气管嗜酸性细胞瘤的来源。在腺细胞外有肌上皮细胞,该细胞发出突起包绕着腺细胞,当肌上皮细胞收缩时,有助于分泌物的排出。
(三)外膜
由结缔组织和“C”形软骨环构成。软骨属于透明软骨,软骨环之间以弹性纤维组成的环状韧带相连接,使气管保持通畅并有一定弹性。气管后壁软骨缺口处为气管膜部,其中有弹性纤维组成的韧带、平滑肌束和较多气管腺,平滑肌收缩时可使管腔变小。外膜中有丰富的脂肪组织,常位于软骨的外面。
三、喉、气管及支气管黏膜呼吸上皮细胞的超微结构
喉、气管及支气管的呼吸上皮,在电镜下观察,有5种不同的细胞,包括纤毛细胞、杯状细胞、基细胞、刷细胞及小颗粒细胞等(图2-7)。
图2-7 气管与支气管上皮细胞亚微结构示意图
(一)纤毛细胞
数目最多,细胞呈柱状,细胞的顶端伸出纤毛和微绒毛。每个细胞约有纤毛250~300根。未成熟的纤毛细胞仅有少量短的纤毛,但微绒毛很多。纤毛可向咽部作有规律的波浪样摆动,将黏液及吸附于其上的尘埃、细菌等推向咽部被咳出,纤毛细胞是净化呼吸道的重要成分。纤毛活动要求有适当的水分、适宜的温度(35~38℃)及一定的酸碱度(pH 6.8~7.2),否则将影响其功能。此外,有人认为纤毛细胞的微绒毛可吸收一部分分泌物,从而调节呼吸道的分泌。
(二)杯状细胞
杯状细胞的数量较纤毛细胞少,形似高脚酒杯,细胞质电子密度高,顶部充满分泌颗粒,颗粒中含黏蛋白,故称黏原颗粒。黏原颗粒外包界膜,黏蛋白以胞吐形式分泌后,与水结合形成黏液,可润滑和保护上皮,吸附空气中的颗粒物质。慢性支气管炎患儿的杯状细胞出现区域性增多,黏液分泌亢进,同时黏膜下层气管腺肥大、增生,黏液分泌增大,可使过多的黏痰液潴留于管腔中。
(三)基细胞
细胞为锥体状或多角形,沿基膜排列,并不达到腔面,细胞核大,细胞器较少,相邻基细胞或其他细胞间常以桥粒相连接。基细胞为未分化的细胞,有增殖能力,可分化补充其他的上皮细胞。在受到某些刺激时,基细胞可以不断分裂形成复层鳞状上皮(鳞状化生)。
(四)刷细胞
分散存在,因细胞游离缘有排列整齐的微绒毛,形如刷状而得名。刷细胞呈柱状,自基膜直达腔面。在某些动物如大白鼠、豚鼠的气管、支气管上皮中较多,人则少见。刷细胞的功能目前尚不能肯定,有报道,在刷细胞基部有与感觉神经末梢形成的突触,故推测该细胞可能有感受刺激的作用。
(五)小颗粒细胞
小颗粒细胞又名K细胞(Kultschitzky cell),是一种神经内分泌细胞,数量少,呈锥形,基底部位于基膜上,HE染色不易与基细胞相辨别。电镜观察细胞质内含有许多致密核芯颗粒,颗粒内含有胺类或肽类物质,如5-羟色胺、铃蟾肽、降钙素、脑啡肽等。分泌物可通过旁分泌作用或通过血液循环调节呼吸道和血管的平滑肌收缩以及腺体的分泌。小颗粒细胞分布于整个呼吸道的黏膜上皮内,胎儿及新生儿的小颗粒细胞数量远较成人为多,且可三五成群,而在成人常单独存在。小颗粒细胞是支气管类癌及燕麦细胞癌的癌细胞来源。
(张传森 党瑞山)