気管
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気管
人間の気管
詳細
発音/ t r ə ˈ k iː ə , ˈ t r eɪ k i ə / [ 1 ]
の一部気道
動脈下甲状腺動脈の気管枝
静脈腕頭静脈、奇静脈、副半奇静脈
識別子
ラテン気管
メッシュD014132
TA98A06.3.01.001
TA23213
FMA7394
解剖学用語

気管（複数形：tracheaeまたはtracheas ）は、気管とも呼ばれ、喉頭と肺の気管支をつなぎ、空気の通過を可能にする軟骨性の管であり、ほとんどすべての動物の肺に存在します。気管は喉頭から伸び、2つの主気管支に枝分かれします。気管の上部では、輪状軟骨が気管を喉頭に取り付けます。気管は、多数の馬蹄形の輪で構成され、各輪は重なり合う靭帯と、その末端にある気管筋によって垂直に接合されています。嚥下時には、喉頭蓋が喉頭への開口部を閉じます。

気管は胎芽の発育の2ヶ月目に形成され始め、時間とともに長くなり、位置もより固定されます。気管上皮は、繊毛と呼ばれる毛のような伸展部を持つ柱状の細胞で裏打ちされ、散在する杯細胞が保護的なムチンを産生します。気管は炎症や感染の影響を受ける可能性があり、これは通常、喉頭や気管支など呼吸器の他の部分を侵すウイルス性疾患（クループと呼ばれる）の結果として起こり、咳の原因となります。細菌感染は通常、気管のみに影響を及ぼし、狭窄や閉塞を引き起こす可能性があります。呼吸器の主要部分である気管が閉塞すると、空気が肺に入らなくなるため、気管切開が必要になる場合があります。さらに、手術中に麻酔中に機械的人工呼吸が必要な場合は、気管にチューブが挿入されます。これは気管挿管と呼ばれます。

昆虫において、 「気管」という言葉は脊椎動物とは全く異なる器官を指す。昆虫の呼吸器系は、気門、気管、気管小管から構成され、これらが組織間で代謝ガスを輸送する。

構造

成人の気管の内径は約1.5～2センチメートル（1 ⁄ 2～3 ⁄ 4 インチ）、長さは約10～11センチメートル（4～4インチ）です。+ 気管は男性の方が女性よりも長く（約1 ⁄ 4インチ）、幅が広い。 [ 2 ]気管は喉頭の輪状軟骨の下端[ 3 ] 、第6頸椎（C6）の高さで始まり[ 2 ]気管分岐部で終わり、気管が左右の主気管支に枝分かれする地点で終わる。 [ 2 ]第4胸椎（T4）の高さで終わるが、 [ 2 ]呼吸により位置が変わることがある。 [ 3 ]気管は16～20個の硝子軟骨の輪に囲まれており、これらの「輪」は成人では4ミリメートルの高さがあり、不完全でC字型である。 [ 2 ] 靭帯がこれらの輪を連結する。 [ 3 ]気管筋は不完全な輪の端を連結し、気管の後壁に沿って走る。 [ 3 ]また、硝子軟骨を囲む結合組織の最外層である外膜は、気管が動きに合わせて曲がったり伸びたりする能力に貢献しています。 [ 4 ]

気管は正中線上の構造であるが、大動脈弓によって通常は右方向に変位することがある。[ 5 ]

近くの構造物

気管は、その経路に沿って首と胸部（胸郭）の多くの構造を通ります。

上部気管の前には結合組織と皮膚がある。[ 2 ]気管の上を通り抜けたり、気管の上に載っている構造物もいくつかある。頸静脈弓は2本の前頸静脈を結合し、気管上部の前にある。胸骨舌骨筋と胸骨甲状筋は気管の長さに沿って伸びる。甲状腺も上部気管を横切って伸び、峡部は第2～第4輪の上にあり、葉は第5または第6軟骨の高さまで伸びている。[ 2 ]甲状腺の血管は峡部の隣の気管にあり、上甲状腺動脈はその真上で結合し、下甲状腺静脈はその下で結合する。[ 2 ]下部気管の前には胸骨柄があり、これは成人の胸腺の残骸である。左前方には、大動脈弓とその枝、左総頸動脈、腕頭動脈幹、そして左腕頭静脈といった大血管が位置しています。深部心臓神経叢とリンパ節も下部気管の前方に位置しています。[ 2 ]

気管の後ろには、その全長に沿って食道があり、その次に結合組織と脊柱が位置しています。[ 2 ]気管の両側には頸動脈と下甲状腺動脈が走行しています。また、気管の背面の両側には、上部気管の反回神経と下部気管の迷走神経が走行しています。[ 2 ]

気管支筋は咳をする際に収縮し、気管の内腔の大きさを縮小します。 [ 3 ]

  • 胸部CTスキャン（肺軸窓）
  • 胸部CTスキャン（肺冠状窓）
  • 胸部CTスキャン（冠状縦隔窓）
  • 気管と食道の断面
    気管と食道の断面
  • 胸骨舌骨筋と胸骨甲状筋は気管の上部に位置している。
    胸骨舌骨筋と胸骨甲状筋は気管の上部に位置している。
  • 甲状腺も気管の上にあり、輪状軟骨の下にあります。
    甲状腺も気管の上にあり、輪状軟骨の下にあります。

血液とリンパの供給

気管のリンパ節

気管の上部は、下甲状腺動脈と静脈を通じて血液を受け取り、排出します。 [ 2 ]下部の気管は、気管支動脈から血液を受け取ります。[ 3 ]気管に血液を供給する動脈は、側面から気管に血液を供給する小さな枝を経由して血液を送ります。枝が気管の壁に近づくと、下枝と上枝に分かれ、上と下の動脈の枝と合流します。さらに、気管の前部と後部に血液を供給する枝に分かれます。[ 3 ]下甲状腺動脈は、気管の上にある甲状腺峡部の真下で発生します。これらの動脈は、大動脈から直接枝分かれした気管支動脈の上行枝と合流 (吻合)して、気管に血液を供給します。[ 2 ]気管のリンパ管は気管の前に位置する気管前リンパ節と気管の横に位置する気管傍リンパ節に流れ込みます。[ 2 ]

発達

ヒト胎児の発達第4週目には、呼吸芽が成長するにつれて、気管は前腸から分離し、最終的に気管と食道を隔てる隆起（気管食道中隔）を形成します。この中隔は、将来の気管を食道から分離し、前腸管を喉頭気管に分割します。[ 6 ]第5週の初めまでに、左右の主気管支が形成され始め、最初は気管末端の芽として形成されます。[ 6 ]

気管は生後1年目では直径4mm以下ですが、小児期後期には成人の直径約2cmまで大きくなります。[ 2 ] [ 3 ]小児の気管は成人に比べて円形で垂直に近い形をしており、[ 3 ]大きさも変化に富み、周囲の構造に対する位置も変化に富んでいます。[ 2 ]

微細解剖学

気管の内壁は、繊毛のある円柱状の細胞が点在する層で覆われています。[ 3 ]上皮には杯細胞があり、これは粘液の主成分であるムチンを産生する腺性の円柱状の細胞です。粘液は気道を湿らせ、保護するのに役立ちます。[ 7 ]粘液は気管の繊毛細胞の内壁を覆っており、吸入された異物を繊毛が捕らえ、喉頭、さらに咽頭へと運びます。そこで異物は胃に飲み込まれるか、痰として排出されます。この自己除去機構は粘膜繊毛クリアランスと呼ばれています。[ 8 ]この粘液層の真下には粘膜下層があり、主に線維性結合組織で構成され、粘膜とその下の硝子軟骨の輪をつなげています。[ 9 ]

気管は16～20個の硝子軟骨輪に囲まれています。これらの「輪」は不完全でC字型をしています。[ 2 ] 2個以上の軟骨が部分的または完全に癒合していることが多く、末端で二股に分かれている場合もあります。これらの輪は一般的に弾力性に富んでいますが、加齢とともに石灰化することがあります。

  • 断面
    断面
  • 気管の断面。偽重層繊毛円柱上皮と杯細胞が標識されている。
    気管の断面。偽重層繊毛円柱上皮と杯細胞が標識されている。
  • 気管軟骨の拡大断面
    気管軟骨の拡大断面

関数

気管の主な機能は、肺との間で空気を運ぶことです。また、空気が肺に到達する前に、空気を温め、加湿し、ろ過する役割も担っています。

気管は軟骨の輪でできており、気管の開放性を保ち、潰れるのを防いでいます。気管の内側は粘膜で覆われており、粘液を分泌することで埃や塵の粒子を捕らえます。粘膜の内側を覆う微細な毛である繊毛は、粘液や捕らわれた粒子を気管から排出する役割を果たしています。

臨床的意義

炎症と感染

気管の炎症は気管炎として知られており、通常は感染が原因です。通常はウイルス感染によって引き起こされ、[ 10 ]細菌感染はほぼ例外なく子供に発生します。[ 11 ]最も一般的な感染は、喉頭や気管支などの呼吸器の他の部分の炎症を伴い、クループとして知られています。[ 11 ] [ 10 ]しかし、細菌感染が気管のみを侵すこともありますが、多くの場合、最近のウイルス感染に関連しています。[ 10 ]クループを引き起こすウイルスは一般にパラインフルエンザウイルス1～3で、インフルエンザウイルスAとBもクループを引き起こしますが、通常はより重篤な感染症を引き起こします。細菌もクループを引き起こすことがあり、黄色ブドウ球菌、インフルエンザ菌、肺炎球菌、モラクセラ・カタラーリスが含まれます。[ 10 ]気管の細菌感染症の原因として最も一般的に挙げられるのは、黄色ブドウ球菌と肺炎球菌です。[ 12 ]入院患者の場合、気管炎を引き起こす可能性のある細菌としては、大腸菌、肺炎桿菌、緑膿菌などがあります。[ 10 ]

気管炎を発症すると、咳、咽頭痛、鼻水などの鼻風邪症状など、上気道感染症を示唆する症状から始まる場合があります。発熱が発生する場合があり、罹患した子供は呼吸困難や敗血症を発症することがあります。[ 10 ] [ 11 ]気道の腫れにより気道が狭くなり、喘鳴と呼ばれる嗄れた呼吸音が発生したり、気道が完全に閉塞したりすることがあります。[ 11 ]細菌性気管炎を発症した人の最大80％は人工呼吸器の使用を必要とし、治療には培養や感受性試験のための微生物学的検体を採取するための内視鏡検査や、感染に関連する壊死組織の除去が含まれる場合があります。このような状況での治療には通常、抗生物質が含まれます。[ 11 ]

狭まる

気管が狭くなったり閉塞したりしたときに発生する喘鳴の例

気管は、狭くなったり圧迫されたりすることがあるが、これは通常、近くのリンパ節の腫大、気管または近くの構造の癌、大きな甲状腺腫、またはまれに血管の異常に腫れた状態などの他のプロセスの結果として起こる。[ 13 ]気管支損傷または挿管による瘢痕、または多発血管炎性肉芽腫症に伴う炎症によっても、気管が狭くなる (気管狭窄) ことがある。[ 13 ]閉塞により、必ず喘鳴と呼ばれる粗い呼吸音が鳴る。[ 13 ]閉塞の原因を調べるために、気管支鏡と呼ばれる口から気管に挿入されるカメラが行われることがある。[ 13 ]閉塞の管理は原因によって異なる。悪性腫瘍による閉塞は、手術、化学療法または放射線療法で管理できる。[ 13 ] 閉塞部にはステントが挿入されることがあります。瘢痕形成による狭窄などの良性病変は、外科的に切除される可能性が高いです。[ 13 ]

狭くなる原因の1つは気管軟化症で、これは、息を吸ったり吐いたりするときに空気の流れが増加するなど、外部からの圧力が増加すると、コンプライアンスの低下により気管が虚脱する傾向にあることです。[ 14 ]これは先天的な原因による場合もあれば、近くの腫瘤や腫れによる圧迫、外傷など、出生後に発生するものによる場合もあります。[ 14 ]先天性気管軟化症は、単独で発生する場合もあれば、気管支軟化症や喉頭軟化症、気管と食道の接続異常など、他の異常と関連して発生する場合もあります。[ 14 ]先天性気管軟化症は、特別な介入を行わなくても改善することがよくありますが、必要な場合の介入には、気管周囲の平滑筋の緊張を高めるβ 作動薬やムスカリン作動薬などがあります。気管軟化症は、陽圧換気、またはステント留置や気管の患部の切除を含む外科手術によって治療される。[ 14 ]犬、特に小型犬やトイドッグでは、気管軟化症や気管支軟化症が気管虚脱を引き起こす可能性があり、[ 15 ]気管虚脱はガチョウのような咳を伴うことが多い。[ 16 ]

けが

気管は、交通事故などの外傷によって損傷を受ける場合もあれば、一部の武道のように他人が故意に損傷を与えることによって損傷を受ける場合もあります。[ 17 ]

挿管

気管挿管とは、気管にチューブを挿入することを指します。 [ 18 ]この処置は、鎮静状態にある患者が十分な酸素を摂取できるようにするために、手術中によく行われます。カテーテルは、気流、酸素化、その他いくつかの指標をモニタリングする機械に接続されます。これは、手術中の麻酔科医の責任の一つとなることがよくあります。

緊急時、または気管挿管が不可能と判断された場合、通常は特定の種類の手術を行うために気道を確保するために、換気用のチューブを挿入する気管切開が行われることが多い。気管切開による開口部の確保は気管切開術と呼ばれる。[ 19 ]緊急時には、輪状甲状間膜切開術と呼ばれる別の処置が行われることもある。[ 20 ]

先天性疾患

軸方向CT画像で見られる気管憩室

気管無形成症[ 21 ]は、気管が発達しない 稀な先天異常です。この異常は通常致命的ですが、外科的介入が奏効する場合もあります。

気管食道瘻は先天異常で、気管と食道が異常につながっている（瘻孔）状態です。これは発育中に気管と食道の分離に異常が生じることで起こります。[ 6 ]これは出生3,000人に1人の割合で発生し、最も一般的な異常は食道の上部と下部が分離して、上部が閉じた袋状になっている状態です。[ 6 ]心臓異常やバクテル症候群などの他の異常もこれと関連している可能性があります。[ 6 ]このような瘻孔は羊水過多のために出生前に検出される場合があります。出生後は食物内容物の誤嚥による肺炎を伴うことがよくあります。[ 6 ]先天性瘻孔は多くの場合、外科的修復によって治療されます。[ 13 ]成人では、近くの悪性腫瘍が気管と食道の両方を侵食して瘻孔が発生することがあります。最初は、飲み込んだ食道の内容物が気管から吸い込まれることで咳が出ることが多く、致命的な肺炎に進行することが多く、治癒する治療法はほとんどありません。[ 13 ]気管食道穿刺は、喉頭を摘出した人の気管と食道の間に外科的に作られた穴です。空気は手術で接続された部分から上部食道と咽頭へと上昇し、振動を生み出して発声に使える音を作り出します。この穿刺の目的は、声帯を摘出された人の発声能力を回復させることです。[ 22 ]

解剖学的な変異として、気管輪の一部が馬蹄形ではなく完全なリング状になることがあります。これらのOリングは通常のC字型のリングよりも小さく、気管の狭窄（狭窄）を引き起こし、呼吸困難につながる可能性があります。スライド気管形成術と呼ばれる手術では、これらのリングを広げてより広いリング状に再結合し、気管の長さを短縮することができます。[ 23 ]スライド気管形成術は、気管狭窄の治療において最良の選択肢と言われています。[ 24 ]

ムニエ・キューン症候群は、異常に拡大した気管を伴う稀な先天性疾患で、弾性線維の欠損、平滑筋の菲薄化、再発性呼吸器感染症の傾向が特徴です。[ 25 ]

交換

2008年以降、幹細胞から培養した気管や合成代替物を用いた気管の実験的置換手術が行われていますが、これは実験段階とみなされており、標準化された方法はありません。[ 26 ]置換された気管への十分な血液供給を確保することが困難であることは、あらゆる置換において大きな課題と考えられています。さらに、骨髄から採取した幹細胞を気管に移植して組織再生を促進するという方法を裏付ける証拠は見つかっておらず、そのような方法は依然として仮説の域を出ていません。[ 26 ]

2021年1月、ニューヨークのマウントサイナイ病院の外科医らが、世界初の完全気管移植手術を実施した。18時間に及ぶ手術では、ドナーから気管を採取し、患者の体内に移植するとともに、多数の静脈と動脈を繋ぎ合わせて十分な血流を確保した。 [ 27 ]

その他の動物

首の長さの違いを除けば、他の哺乳類の気管は一般的にヒトの気管と似ています。また、爬虫類の気管とも似ています。[ 28 ]

脊椎動物

鳥類では、気管は咽頭から鳴管まで伸び、そこから主気管支が分岐します。ハクチョウは異常に長い気管を持ち、その一部は胸骨の下に巻き付いています。これが共鳴器として機能し、音を増幅すると考えられています。一部の鳥類では、気管輪が完全で、骨化している場合もあります。[ 28 ]

両生類の気管は通常極めて短く、明確な主気管支を持たず、直接肺へと伸びている。しかしながら、一部の長い首を持つサンショウウオやアシナシイモリには、より長い気管が見られる。両生類の気管には不規則な軟骨性の結節が見られるが、有羊膜類に見られるような輪状ではない。[ 28 ]

肺を持ちながら気管を持たない唯一の脊椎動物は肺魚とポリプテルスであり、これらの魚の肺は咽頭から直接発生している。[ 28 ]

昆虫

解剖されたゴキブリの気管系。最も大きな気管はゴキブリの体幅に沿って走っており、この画像では水平に伸びている。スケールバーは2mm。
気管系は次第に細い管へと分岐し、ゴキブリの食物を供給しています。スケールバーは2mmです。

昆虫では、 「気管」という言葉は脊椎動物とは異なる器官を指す。昆虫は、気門、深気道（気管） 、気管支からなる開放型呼吸器系を持ち、代謝組織との間で空気を直接導通する。[ 29 ]気門の分布は昆虫の多くの目の間で大きく異なるが、一般的に各体節には1対の気門しかなく、各気門は心房と呼ばれる空気腔につながり、その後ろには比較的太い気管がある。気管はクチクラ外骨格が陥入したもので、体中で枝分かれ（吻合）しており、直径はわずか数マイクロメートルから最大0.8ミリメートルである。酸素と二酸化炭素の拡散は、組織を貫通し、個々の細胞にまで入り込む気管支と呼ばれる最小の管の壁で起こる。[ 30 ]ガスは能動換気または受動拡散によって呼吸器系を通じて輸送される。脊椎動物とは異なり、昆虫は一般的に体液中に酸素を運搬しない。[ 31 ] これが昆虫の大きさを制限する要因の一つであると考えられる。

気管には、ループ状やらせん状など様々な形状の条虫の尾根状の環状リングが含まれていることがある。条虫は気管に強度と柔軟性を与える。頭部、胸部、腹部では、気管が気嚢とつながっていることもある。バッタやハチなど、腹部の気嚢を積極的に動かす多くの昆虫は、体内の空気の流れを制御できる。一部の水生昆虫では、気管はえらの形で体壁を介して直接ガス交換を行うか、腹甲を介して基本的に通常通り機能する。節足動物の気管は体内にあるにもかかわらず、クチクラ組織で裏打ちされており、脱皮（脱皮）時に脱落することに注意すること。[ 30 ]

追加画像

  • 気管（哺乳類）の断面高解像度
    気管（哺乳類）の断面高解像度
  • 気管（哺乳類）の断面低解像度
    気管（哺乳類）の断面低解像度
  • 気管
    気管
  • 喉頭と気管上部の冠状断面
    喉頭と気管上部の冠状断面
男性気管の 3D 参照器官データセットのグラフ表現。

参考文献

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