気管

気管はその経路に沿って、首や胸部（胸郭）の多くの構造物のそばを通る。

上部気管の前には結合組織と皮膚があります。^{[ 2 ]}他のいくつかの構造が気管の上を通ったり、気管の上に乗ったりしています。2つの前頸静脈を繋ぐ頸静脈弓は、気管の上部の前にあります。胸骨舌骨筋と胸骨甲状筋は、気管の長さに沿って伸びています。甲状腺も上部気管を横切って伸びており、峡部は第2～第4軟骨輪の上にあり、葉は第5または第6軟骨のレベルまで伸びています。^{[ 2 ]}甲状腺の血管は峡部の隣の気管上にあり、上甲状腺動脈は峡部のすぐ上で合流し、下甲状腺静脈は峡部の下で合流します。^{[ 2 ]}下部気管の前には、成人では胸腺の名残である胸骨柄があります。左前方には、大動脈弓とその分枝である左総頸動脈と腕頭動脈幹、および左腕頭静脈といった大きな血管が位置している。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る。^{[ 2 ]}

気管の後ろには、その全長に沿って食道があり、その後ろには結合組織と脊柱が続く。^{[ 2 ]}その両側には頸動脈と下甲状腺動脈が走り、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っている。 ^{[ 2 ]}

咳をすると気管筋が収縮し、気管の内腔が狭くなります。 ^{[ 3 ]}

• 胸部CTスキャン（軸位肺野）
• 胸部CTスキャン（冠状肺野ウィンドウ）
• 胸部CTスキャン（縦隔冠状断）
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  気管と食道の断面図
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  胸骨舌骨筋と胸骨甲状筋は気管の上部に位置する。
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  甲状腺は気管の上に位置し、輪状軟骨の下に位置する。

気管の上部は下甲状腺動脈と静脈を介して血液を受け取り、排出します。 ^{[ 2 ]}気管の下部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、気管の側面から気管に血液を供給する小さな枝を介して供給します。枝が気管の壁に近づくと、下枝と上枝に分かれ、上下の動脈の枝と合流します。これらの枝はさらに分岐して、気管の前部と後部に血液を供給します。^{[ 3 ]}下甲状腺動脈は、気管の上にある甲状腺峡部のすぐ下から発生します。これらの動脈は、大動脈から直接分岐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、気管の前方にある気管前リンパ節と、気管の横にある気管傍リンパ節に流れ込む。 ^{[ 2 ]}

ヒト胚の発生第4週目には、呼吸芽が成長するにつれて、気管は隆起の形成によって前腸から分離し、最終的に気管と食道を分離する気管食道中隔が形成されます。これにより、将来の気管が食道から分離され、前腸管が喉頭気管管に分割されます。^{[ 6 ]}第5週目の初めまでに、左右の主気管支が形成され始め、最初は気管の末端に芽として現れます。^{[ 6 ]}

 生後1年間の気管の直径は4mm以下で、 幼児期後期までに成人の直径である約2cmまで拡大する。^{[ 2 ] [ 3 ]}小児の気管は成人に比べて円形で垂直性が高く、^{[ 3 ]}大きさのばらつきが大きく、周囲の構造物との位置関係のばらつきも大きい。^{[ 2 ]}

気管は、繊毛を持つ円柱状細胞が層状に重なった層で覆われています。^{[ 3 ]}上皮には、粘液の主成分であるムチンを産生する腺性の円柱状細胞である杯細胞が含まれています。粘液は気道を湿らせて保護するのに役立ちます。^{[ 7 ]}気管の繊毛細胞には粘液が付着しており、吸入された異物を捕らえます。繊毛は異物を喉頭、そして咽頭へと上方に運び、そこで胃に飲み込まれるか、痰として排出されます。この自己浄化機構は粘液線毛クリアランスと呼ばれます。^{[ 8 ]}この粘液層のすぐ下には粘膜下層があり、これは主に線維性結合組織で構成され、粘膜を下の硝子軟骨輪に接続しています。^{[ 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字型です。^{[ 2 ]} 2つ以上の軟骨が部分的または完全に結合していることが多く、端で二股に分かれていることもあります。輪は一般的に非常に弾力性がありますが、加齢とともに石灰化することがあります。

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

気管の炎症は気管炎として知られており、通常は感染症が原因です。通常はウイルス感染によって引き起こされますが、^{[ 10 ]}細菌感染はほぼすべて子供に発生します。^{[ 11 ]}最も一般的には、感染症は喉頭や気管支などの呼吸器系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 ]}ただし、細菌感染は気管のみに影響を与えることもありますが、多くの場合、最近のウイルス感染と関連しています。^{[ 10 ]}クループを引き起こすウイルスは一般的にパラインフルエンザウイルス1～3型であり、インフルエンザウイルスA型とB型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可能性があり、黄色ブドウ球菌、インフルエンザ菌、肺炎連鎖球菌、モラクセラ・カタラーリスなどが含まれます。^{[ 10 ]}気管の細菌感染の原因として最も一般的なのは黄色ブドウ球菌と肺炎連鎖球菌です。^{[ 12 ]}入院中の患者では、気管炎を引き起こす可能性のあるその他の細菌として大腸菌、肺炎桿菌、緑膿菌などがあります。^{[ 10 ]}

気管炎にかかった人は、咳、喉の痛み、鼻水などの鼻炎症状など、上気道感染症を示唆する症状から始まることがあります。発熱が起こることもあり、感染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 ]}気道の腫れは気道の狭窄を引き起こし、喘鳴と呼ばれるかすれた呼吸音を引き起こしたり、完全に閉塞したりすることもあります。^{[ 11 ]}細菌性気管炎にかかった人の最大80%が人工呼吸器の使用を必要とし、治療には培養と感受性のための微生物学的検体の採取、および感染に関連する壊死組織の除去を目的とした内視鏡検査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 ]}

気管は狭窄または圧迫されることがあり、通常は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、またはまれに異常に腫れた血管などの他のプロセスが原因です。^{[ 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関連する炎症も気管の狭窄（気管狭窄）を引き起こす可能性があります。^{[ 13 ]}閉塞は必ず喘鳴として知られる荒い呼吸音を引き起こします。^{[ 13 ]}閉塞の原因を調べるために、気管支鏡検査と呼ばれる、口から気管に挿入されたカメラが使用されることがあります。 ^{[ 13 ]}閉塞の管理は原因によって異なります。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ます。^{[ 13 ]} 閉塞部の上にステントを挿入することがある。瘢痕による狭窄などの良性病変は、外科的に切除されることが多い。^{[ 13 ]}

狭窄の原因の一つは気管軟化症で、これはコンプライアンスの低下により、吸気時や呼気時の空気の流れが増加するなど、外部圧力が増加すると気管が虚脱する傾向がある状態です。^{[ 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、出生後に発生する原因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こともあれば、気管支軟化症や喉頭軟化症、気管と食道の異常な接続など、他の異常と関連して発生することもあります。^{[ 14 ]}先天性気管軟化症は特別な介入なしに改善することが多いですが、必要な場合は、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の介入が行われることがあります。陽圧換気、または手術（ステントの留置や気管の患部の切除を含む）が行われる。^{[ 14 ]}犬、特に小型犬やトイ犬では、気管軟化症や気管支軟化症^{[ 15 ]}は気管虚脱を引き起こす可能性があり、これはしばしばガチョウの鳴き声のような咳を伴う。^{[ 16 ]}

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、武道などで行われるように、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る。^{[ 17 ]}

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、鎮静された患者に十分な酸素が供給されるようにするため、手術中によく行われます。カテーテルは、気流、酸素化、その他のいくつかの指標を監視する機械に接続されています。これは、手術中の麻酔医の責任の1つであ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、気道を確保するために特定の手術を行う必要がある場合に、換気用のチューブを挿入するために気管切開術が行われることが多い。気管切開によって開口部を設けることを気管切開術と呼ぶ。^{[ 19 ]}緊急時には別の処置として輪状甲状膜切開術が行われることもある。^{[ 20 ]}

気管無形成症^{[ 21 ]}は、気管が発達しないまれな先天性欠損症です。この欠損症は通常致命的ですが、外科的介入が成功することもあります。

気管食道瘻は、気管と食道が異常に繋がっている（瘻孔）先天性欠損症です。これは、発生過程における気管と食道の分離異常が原因です。^{[ 6 ]}これは約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端と下端の分離であり、上端は閉じた袋状になっています。^{[ 6 ]}心臓異常やVACTERL症候群など、他の異常がこれに関連している場合もあります。^{[ 6 ]}このような瘻孔は、羊水過多のため出生前に発見されることがあります。出生後は、食物内容物の誤嚥により肺炎や肺炎を伴うことがよくあります。^{[ 6 ]}先天性瘻孔は、外科的修復によって治療されることが多いです。^{[ 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、気管に瘻孔が生じることがあります。最初は、食道の内容物が気管を通って誤嚥され、咳が出ることが多く、しばしば致命的な肺炎に進行します。治癒的な治療法はほとんどありません。^{[ 13 ]}気管食道穿孔とは、喉頭を切除した人の気管と食道の間に外科的に穴を開けることです。空気は外科的に接続された部分から上部食道と咽頭に上昇し、振動を起こして音を出し、発話に利用できます。穿孔の目的は、声帯を切除した後の発話能力を回復することです。^{[ 22 ]}

解剖学的変異として、気管輪の1つまたは複数が馬蹄形ではなく完全な輪として形成されることがあります。これらのOリングは通常のCリングよりも小さく、気管の狭窄を引き起こし、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、輪を開いてより広い輪として再結合し、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であると言われています。^{[ 24 ]}

ムニエ・クーン症候群は、気管の異常な拡大を特徴とするまれな先天性疾患であり、弾性線維の欠如、平滑筋の菲薄化、および呼吸器感染症の再発傾向を特徴とする。^{[ 25 ]}

2008年以降、気管を幹細胞から培養したものや合成代替物で置き換える手術が実験的に行われていますが、これは実験段階であり、標準化された方法は存在しません。^{[ 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、あらゆる置換手術における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することで組織再生を刺激できるという証拠は見つかっておらず、そのような方法は仮説の域を出ません。^{[ 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が、初の完全な気管移植手術を行った。18時間に及ぶこの手術では、ドナーから気管を採取し、患者に移植し、多数の静脈と動脈を接続して、気管に十分な血流を確保した。^{[ 27 ]}

鳥類では、気管は咽頭から鳴管まで伸びており、そこから主気管支が分岐している。ハクチョウは気管が異常に長く、その一部が胸骨の下に巻き付いている。これは音を増幅する共鳴器として機能している可能性がある。一部の鳥類では、気管輪は完全で、骨化している場合もある。^{[ 28 ]}

両生類では、気管は通常非常に短く、明確な主気管支を持たずに肺に直接つながっています。しかし、首の長いサンショウウオやアシナシイモリでは、より長い気管が見られます。両生類の気管には不規則な軟骨結節がありますが、これらは羊膜類に見られるような輪を形成しません。^{[ 28 ]}

肺は持っているが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、これらの動物では肺は咽頭から直接発生している。^{[ 28 ]}

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します。昆虫は、気門、深部気道（気管）、および気管小管からなる開放呼吸器系を持ち、代謝組織へ直接空気を送り込んだり、代謝組織から空気を排出したりします。^{[ 29 ]}気門の分布は昆虫の多くの目によって大きく異なりますが、一般的に各体節には1対の気門しかなく、それぞれが心房と呼ばれる空気腔に接続し、その後ろに比較的大きな気管があります。気管はクチクラ外骨格の陥入であり、体全体に分岐（吻合）し、直径はわずか数マイクロメートルから最大0.8 mmです。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小管と呼ばれる最も小さな管の壁を介して行われます。^{[ 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して輸送されます。脊椎動物とは異なり、昆虫は一般的に血リンパに酸素を運びません。^{[ 31 ]} これは昆虫の大きさを制限する要因の1つです。 

気管には、ループやらせんなどさまざまな形状の隆起状の環状の条線が存在する場合があります。条線は気管に強度と柔軟性を与えます。頭部、胸部、または腹部では、気管は気嚢にも接続されている場合があります。バッタやミツバチなど、腹部の気嚢を能動的にポンプする多くの昆虫は、体内の空気の流れを制御できます。一部の水生昆虫では、気管は鰓の形で体壁を通して直接ガス交換を行うか、または腹甲を介して基本的に通常どおり機能します。節足動物の気管は体内にありますが、クチクラ組織で覆われており、脱皮（脱皮）の際に脱ぎ捨てられることに注意してください。 ^{[ 30 ]}