Le nerf vague gauche donne des branches similaires au nerf vague droit dans le cou et le thorax. Toutefois, après être passé du crâne à la racine du cou en passant par les gaines carotidiennes, les chemins des deux nerfs vagues diffèrent, principalement en raison de la disposition des grands vaisseaux à l'intérieur du thorax.
Le vagus gauche descend dans le thorax entre l'artère carotide commune gauche et l'artère sous-clavière gauche. Il passe ensuite en arrière de la veine brachiocéphalique gauche et en avant de la crosse de l'aorte. En passant sur la crosse de l'aorte, elle donne sa branche laryngée récurrente qui s'accroche sous le ligament artériel avant de descendre en arrière de la crosse. Elle donne ensuite de nombreuses branches fines à la racine du poumon gauche qui se trouve en position antéro-inférieure. Enfin, il passe en bas et en dedans le long de la face antérieure de l'aorte descendante avant de se ramifier pour former une partie du plexus œsophagien. Par l'intermédiaire du plexus, il apporte la majorité des fibres au tronc vagal antérieur.
Par conséquent, le vagus gauche n'est pas aussi proche de la trachée que le vagus droit en raison de la projection latérale gauche de la crosse de l'aorte.
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