L'artère pulmonaire gauche naît de la division du tronc pulmonaire en avant de la bronche principale gauche. Sur environ 1 cm, elle est enveloppée dans le péricarde lorsqu'elle passe en position supéro-externe. Elle contourne la bronche principale gauche à l'intérieur de la racine du poumon pour s'allonger sur sa face supérieure au niveau du hile. Au niveau du hile, où elle est la structure la plus supérieure, elle donne sa première branche qui passe dans le lobe supérieur gauche.
Passant en inféro-latéral et en arrière de la bronche du lobe supérieur, l'artère pulmonaire gauche donne ensuite une branche "lobaire" à la lingula. Elle descend ensuite verticalement, en arrière d'autres branches de l'arbre bronchique, pour former les bronches lobaires puis segmentaires du lobe inférieur gauche. Les divisions successives des branches finissent par produire des capillaires dans les parois des alvéoles.
Le ligament artériel est attaché à la surface supérieure de l'artère pulmonaire gauche, juste en aval de son point d'origine. Le pli péricardique de la veine cave gauche vestigiale passe du bord inférieur de l'artère pulmonaire gauche à la veine pulmonaire supérieure gauche.
L'artère pulmonaire gauche est plus courte et de plus petit diamètre que l'artère du côté droit.
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