Abstract
目的
观察头臂干与气管的解剖形态和位置关系，为机械性呼吸道阻塞的诊疗和临床气管切开术提供解剖学基础。
方法
福尔马林固定后的成年男性标本70例，女性标本21例。自颈部至胸部分离并暴露喉部和气管全长，分离主动脉弓及其三个分支，显露头臂干与气管的解剖位置关系，并测量相关解剖学数值。
结果
头臂干与气管的位置关系中，不交叉型占3.30%，不完全交叉型占71.43%，完全交叉型占25.27%。男性标本的主动脉弓、头臂干和气管的外径及气管长度均较女性粗大（P < 0.05），而主动脉弓和头臂干与环状软骨间的距离无明显性别差异（P > 0.05）。头臂干上方的气管软骨环数量最少仅3个，最多可达10个，男女两组的均数无差异（P > 0.05）。
结论
头臂干与气管的位置关系复杂，在机械性呼吸道阻塞的诊疗和气管切开术时，需注意预防头臂干和主动脉弓的损伤。
Keywords: 头臂干, 气管, 解剖学
Abstract
Objective
To observe the anatomical features and relative position of the brachiocephalic trunk and the trachea to provide an anatomical basis for diagnosis and treatment of mechanical airway obstruction and for facilitating the performance of tracheotomy.
Methods
A total of 91 formalin- fixed adult cadavers (70 male and 21 female) were used in this study. The whole length of the larynx and the trachea were separated and exposed from the neck to the chest, followed by separation of the aortic arch and its 3 branches to observe the anatomical position of the brachiocephalic trunk and the trachea.
Results
The brachiocephalic trunk and the trachea did not intersect in 3.30%, partially intersected in 71.43%, and completely intersected in 25.27% of the 91 cadaveric specimens. The male specimens all showed greater outer diameter of the aortic arch, the brachiocephalic trunk and the trachea with a greater length of the trachea than the female specimens (P < 0.05), while the distances from the aortic arch to the brachiocephalic trunk or the cricoid cartilage did not differ significantly between them (P > 0.05). The number of the tracheal cartilage rings above the brachiocephalic trunk ranged from 3 to 10, and the mean number did not differ significantly between the male and female specimens (P > 0.05).
Conclusion
The brachiocephalic trunk has complex anatomical relationship with the trachea, and caution should be taken to avoid injuries of the brachiocephalic trunk and the aortic arch in the diagnosis and treatment of mechanical respiratory obstruction and during tracheotomy.
Keywords: brachiocephalic trunk, trachea, anatomy
机械性上呼吸道阻塞病因较多，其中无名动脉压迫综合症（IACS）是较为常见的原因，并被认为是头臂干（即无名动脉）的起点偏左，且长期压迫气管并引起气管软化所致[1-3]。气管切开术是解除喉源性呼吸困难、呼吸功能失常或下呼吸道分泌物潴留所致呼吸困难的常见手术，也是咽部肿瘤和脓肿伴呼吸困难、头颈部大手术等保持呼吸道通畅、防止术后出血或局部组织肿胀阻碍呼吸等的预防性操作，若操作中稍有不慎，则会引发头臂干大出血[4, 5]以及气管无名动脉瘘[6, 7]等并发症。
头臂干由主动脉弓发出后，斜向右上走行于气管前方，二者之间结缔组织较少，毗邻关系较为密切。虽有文献[5, 8, 9]提及头臂干与气管的位置关系，但对其交叉分型标准不统一，且分型依据的描述也较为复杂，不利于医务人员在术前检查及术中操作时快速准确判断其类型。因此，通过解剖大体标本，进一步观测统计头臂干和气管的位置关系，并进行相关解剖学数值测量，为临床医务人员对相关疾病的病因诊断，以及避免术中和术后意外提供解剖学依据。
1. 资料和方法
1.1. 材料来源
实验所需材料为成年男性标本70例，女性标本21例，福尔马林防腐固定1~1.5年。所有大体标本均由皖南医学院人体解剖学实验实训中心和遗体捐献接受站提供，并报经学校伦理委员会审查备案，批号：（2020）伦审国研第（89）号。解剖操作和测量数据所需器械有手术刀（23号刀片和4号刀柄）、手术剪（14 cm）、医用镊（14 cm）、咬骨剪（14 cm）、数显游标卡尺（德国美耐特MNT-150，精确度0.01 mm）。
1.2. 解剖学方法
在颈前区和胸前壁正中作纵切口；下颌骨体下缘至乳突、锁骨上缘至肩峰分别作横切口；肋弓下缘至腋后线作斜切口。沿切口切皮，将皮片翻向外侧。解剖浅层结构后，分离舌骨下肌群和甲状腺，充分暴露颈部环状软骨和气管颈段的位置及形态。沿起点切断并向外翻开胸前外侧壁肌，在胸锁关节处离断锁骨，用咬骨剪自腋前线将上9位肋骨剪断，自上而下翻开胸前壁打开胸腔，切除胸腺遗迹，修剪头臂静脉及其属支后切开心包，分离主动脉及主动脉弓的3个分支（头臂干、左颈总动脉和左锁骨下动脉），清理主动脉弓和头臂干周围结缔组织，显露头臂干与气管胸段的位置和形态，并进行解剖学观察。
1.3. 统计学方法
采用SPSS 26.0软件进行数据分析。计量变量采用均数±标准差描述，计量资料组间比较采用t检验；分类变量采用频数（n）和百分比（%）描述，组间比较采用Fisher确切概率法。P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1. 头臂干与气管的位置关系
根据头臂干的起点与气管的位置，可将二者的位置关系分为3种：（1）不交叉：头臂干起点完全位于气管的右侧，这种位置关系出现概率最低，男性为2.86%，女性为4.76%，合计仅占3.30%；（2）不完全交叉：头臂干起点完全或部分位于气管前方，这种位置关系最为常见，男性为72.86%，女性为66.67%；（3）完全交叉：头臂干起点完全位于气管左侧，这种类型合计占25.27%。3种位置关系的性别间差异均无统计学意义（P=0.712，表 1，图 1）。
表 1.
头臂干与气管的位置关系
Anatomical relationship between the brachiocephalic trunk and the trachea
| Relationship | Male (n=70) | Female (n=21) | Total (n=91) | |||||
| n | Percentage (%) | n | Percentage (%) | n | Percentage (%) | |||
| Uncrossing | 2 | 2.86 | 1 | 4.76 | 3 | 3.30 | ||
| Incomplete crossing | 51 | 72.86 | 14 | 66.67 | 65 | 71.43 | ||
| Complete crossing | 17 | 24.29 | 6 | 28.57 | 23 | 25.27 | ||
图 1.
头臂干与气管的位置关系
Schematic illustration of the anatomical relationship between the brachiocephalic trunk and the trachea. 1: Aortic arch; 2: Brachiocephalic trunk; 3: Trachea; 4: Right common carotid artery; 5: Right subclavian artery; 6: Left common carotid artery; 7: Left subclavian artery; A: Uncrossing. B: Incomplete crossing. C: Complete crossing.
2.2. 主动脉弓、头臂干和气管的解剖学测量值
用游标卡尺测量相关解剖学数值（图 2）。在主动脉弓和头臂干起始处测量二者的外径；以主动脉弓上缘与气管中线交叉点、头臂干左侧缘与气管中线的交叉点为起始点，分别测量其与环状软骨下缘之间的距离，即为主动脉弓与环状软骨距离、头臂干与环状软骨距离；环状软骨下缘至气管杈下缘为气管的长度，在第7~8气管软骨环处测量气管的外径。
图 2.
解剖学测量位置示意图
Schematic diagram of the anatomical measurement. A: Distance between aortic arch and cricoid cartilage; B: Distance between brachiocephalic trunk and cricoid cartilage; C: Outer diameter of brachiocephalic; D-Outer diameter of aortic arch.
男性主动脉弓外径最大可达41.34 mm，女性最大为38.84 mm，男女两组平均相差3.23 mm。头臂干是主动脉弓最大的一个分支，其外径男性最大为20.87 mm，女性为17.51 mm，男女两组平均相差2.05 mm。男性的主动脉弓和头臂干管径均较女性明显粗大（P < 0.05，表 2）。
表 2.
主动脉弓、头臂干和气管的解剖学测量值（mm）
Anatomical measurements of the aortic arch, the brachiocephalic trunk and the trachea (mm)
| Anatomical structure | Male (n=70) | Female (n=21) | t | P | |||||
| Maximum | Minimum | Mean±SD | Maximum | Minimum | Mean±SD | ||||
| The distance between the brachiocephalic trunk and the cricoid cartilage was not measured in 3 cases (2 male and 1 female) where the brachiocephalic trunk and the trachea were not intersected. *P < 0.05. | |||||||||
| Outer diameter of aortic arch | 41.34 | 14.82 | 31.00±5.17 | 38.84 | 15.96 | 27.77±5.21* | 2.512 | 0.014 | |
| Outer diameter of brachiocephalic trunk | 20.87 | 9.74 | 14.24±2.37 | 17.51 | 8.02 | 12.19±2.55* | 3.411 | 0.001 | |
| Distance between aortic arch and cricoid cartilage | 95.17 | 51.18 | 73.22±9.45 | 86.43 | 56.05 | 73.88±8.71 | 0.283 | 0.778 | |
| Distance between brachiocephalic trunk and cricoid cartilage | 73.49 | 23.59 | 50.22±10.22 | 77.12 | 26.00 | 49.16±12.23 | 0.391 | 0.697 | |
| Length of trachea | 130.47 | 94.74 | 112.34±8.81 | 114.31 | 86.49 | 105.23±6.08* | 3.452 | 0.001 | |
| Outer diameter of trachea | 25.59 | 14.55 | 20.78±2.45 | 20.05 | 11.12 | 15.75±2.30* | 8.383 | 0.000 | |
主动脉弓距离环状软骨，男性最长为95.17 mm，女性最长为86.43 mm，两组间平均相差0.66 mm，无明显统计学差异（P > 0.05）。头臂干与环状软骨的距离，男性最长为73.49 mm，女性最长为77.12 mm，两组间平均相差仅1.06 mm，差异无统计学意义（P > 0.05，表 2）。
男性气管最长为130.47 mm，外径最大为25.59 mm；女性气管最长为114.31 mm，外径最大为20.05 mm。两组的气管长度平均相差7.11 mm，外径平均相差5.03 mm，男性的气管外径和长度均较女性大（P < 0.05，表 2）。
2.3. 头臂干上方的气管软骨环数量
以环状软骨和气管杈之间触认气管软骨环数量，在头臂干左侧缘与气管中线的交叉点和环状软骨之间触认头臂干上方的气管软骨环数。男女两组气管软骨环的总数和头臂干上方的气管软骨环数量均有较大的个体差异，但平均值在性别间差异无统计学意义（P > 0.05，表 3）。
表 3.
气管软骨环总数和头臂干上方气管软骨环数（个）
Total number of tracheal cartilage rings and the number of tracheal cartilage rings above the brachiocephalic trunk
| Item | Male (n=70) | Female (n=21) | t | P | |||||
| Maximum | Minimum | Mean±SD | Maximum | Minimum | Mean±SD | ||||
| Three cases (2 male and 1 female) where the brachiocephalic trunk and the trachea were not intersected were excluded. | |||||||||
| Total number of tracheal cartilage rings | 19 | 13 | 15.74±1.68 | 18 | 13 | 15.14±1.62 | 1.445 | 0.152 | |
| Number of tracheal cartilage rings above the brachiocephalic trunk | 9 | 3 | 6.54±1.58 | 10 | 4 | 7.35±1.73 | 1.966 | 0.053 | |
3. 讨论
1981年，Strife等[8]通过心血管造影技术，根据头臂干发自主动脉弓的起点和气管的位置关系，将其分为4种情况：（1）头臂干管壁两侧均在气管左侧；（2）头臂干管壁的一侧在气管的左侧；（3）头臂干管壁的两侧均在气管前方；（4）头臂干管壁的一侧或两侧在气管的右侧。Strife等[8]在172例婴幼儿的血管造影片上发现，头臂干部分或完全起自气管左侧者约占95%。也有学者[5, 9]将头臂干与气管的位置关系分为3种，即不交叉型、不完全交叉型和完全交叉型。不交叉型为头臂干下段在气管右侧向上走行，二者无交叉，这种位置关系所占比例较低，约10%；不完全交叉型为头臂干下段虽走行在气管右半部前面，但不与气管中线交叉，这种情况约占28%；完全交叉型为头臂干下段位于气管中线的左侧，这种比例最高，约62%。本研究结合了上述几种划分依据，将头臂干与气管的位置关系进行了重新分类，这样无论是从手术操作过程中，还是在血管造影和胸部影像学检查结果中，都易于辨认二者的位置关系归属。本实验数据显示，头臂干与气管位置不交叉这一类型出现概率最低，仅为3.30%，这和前述文献描述基本一致，分析其原因可能与胚胎发育过程中心脏的左旋和大动脉的螺旋扭转有关。
通过支气管镜检查及手术等方式发现[10-13]，因头臂干对气管造成压迫的比例超过20%，甚至高达30%以上。Crehuet等[14]通过观察年龄段相同的IACS与非IACS患儿的胸部CT发现，头臂干的起点及其与气管之间的位置关系在两组间无明显差异，并因此提出IACS并非由于头臂干起点偏左所致，气管受压的症状可能是气管软骨存在内在缺陷，而不是因纵隔或血管的解剖异常[15]。临床治疗也发现[2]，部分IACS随着年龄增长无需手术，症状可自行缓解，并推测可能是气管和头臂干之间的关系在儿童生长发育过程中产生了变化，如主动脉弓的增长、气管软骨的硬度增强、头臂干与气管之间的距离增大等。另外，头臂干的起点随年龄增长呈逐渐右移趋势[16]，这在一定程度上也可缓解对气管造成的压迫。本次研究对象均为成年标本，在解剖操作过程中发现，头臂干与气管完全交叉者，血管后壁紧贴气管，并可见气管前壁有不同程度压迹。另外两种位置关系则未见气管前壁形态改变，据此推测这可能与成年后头臂干起点偏向右前方导致二者的间隙较大有关。
临床进行常规气管切开术时以环状软骨为定位标志，切口选取的位置通常在第2~4气管软骨处，低位气管切开术时则在第4~5气管软骨处进行，若切口过低或切口过长则容易造成头臂干、左头臂静脉及胸腺等结构的损伤[17]。本课题组研究发现，头臂干上方的气管软骨环数量在6~8个较为常见，但最少只有3~4个，而且主动脉弓和头臂干与环状软骨间的最短距离分别仅有51.18 mm和23.59 mm，因此要仔细观察辨认高位主动脉弓和高位头臂干等情况，此时气管切开不宜选择长竖切口，可进行横切口，以免发生术后大出血。目前临床对于需要气管切开的病患如无禁忌症，可行经皮扩张气管切开术（PDT），以减少创伤、降低风险。PDT通常选择第1、2或第2、3气管软骨环之间为穿刺点，位置较高，切口较小，可避开头臂干的影响，并通过超声检查和纤维支气管镜直视等方式辅助PDT，明显提高了准确率，并缩短了手术时间，同时减少并发症的发生率[18-20]。
气管切开插入气管套管后建立人工气道可帮助恢复呼吸，但部分患者可能会出现迟发性大出血，此时多考虑气管无名动脉瘘（TIAF）的发生，这是术后继发性出血中最严重的并发症，有致命性危险[21]。气管与头臂干之间的结缔组织较少，鼓起的套管气囊和弯曲的套管尖部长时间对气管前壁形成挤压和摩擦，可致局部气管壁缺血坏死甚至溃破，进而诱发头臂干后壁与气管粘连造成大出血甚至TIAF [7, 22]。本研究结果表明，头臂干、主动脉弓与环状软骨间的距离以及头臂干上方的气管软骨环数量均无性别间差异，虽然气管壁厚度在儿童时期无两性区别[23]，但后期随着年龄增长逐渐出现明显的性别差异，男性的气管壁厚于女性[24]，并且男性的气管较女性长而粗，因此，针对不同的患者在选择气管套管的规格型号时，除了要参考气管的长度与直径，并在纤维内镜的引导下控制好插入气管套管的深度外，还要维持适当的气囊内压，尤其是女性病患，同时密切监测病人各项指标和症状，避免伤及头臂干甚至主动脉弓，进而预防大出血和TIAF的发生[7, 25]。
综上所述，头臂干与气管的解剖学位置关系较为复杂，二者不完全交叉或完全交叉者居多，头臂干上方的气管软骨环数量也存在较大的个体差异，课题组在解剖标本的过程中也发现多例主动脉弓变异的情况，如头臂干缺如、迷走右锁骨下动脉等，因此，在对机械性呼吸道阻塞的诊疗和临床进行气管切开术时，均需进行详细的全面检查和鉴别诊断，以提高诊断的准确性和手术操作的成功率。
Biography
赵健，副教授，E-mail: 309778721@qq.com
Funding Statement
安徽省高等学校省级质量工程项目（2019jxtd072）；安徽省高等学校省级质量工程项目（2020jyxm2096）；皖南医学院高等教育教学改革研究项目（2021jyxm11）；皖南医学院横向课题（H202004）；皖南医学院一流课程培育项目（2020hhjk005）
Contributor Information
赵 健 (Jian ZHAO), Email: 309778721@qq.com.
李 怀斌 (Huaibin LI), Email: 837710750@qq.com.
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