O nervo frénico de ambos os lados tem origem nos ramos ventrais do terceiro ao quinto nervos cervicais. Passa inferiormente pelo pescoço até ao bordo lateral do escaleno anterior. Em seguida, passa medialmente através do bordo do escaleno anterior, paralelamente à veia jugular interna que se situa inferomedialmente. Neste ponto, encontra-se profundamente com a fáscia pré-vertebral, a artéria cervical transversa e a artéria supraescapular.
Na margem medial ântero-inferior do escaleno anterior, o nervo frénico esquerdo atravessa a primeira parte da artéria subclávia esquerda e depois a artéria torácica interna situada ligeiramente inferiormente. Passando inferiormente com a artéria torácica interna lateralmente, situa-se profundamente à veia braquiocefálica esquerda e à primeira articulação costocondral esquerda. Recebe um ramo pericardiofrénico da artéria torácica interna que se mantém no seu trajeto distal.
No interior do tórax, o nervo frénico continua inferior e ligeiramente lateral na face anterolateral do arco da aorta, separado do nervo vago posterior direito pela veia intercostal superior esquerda.
Em seguida, desce anteriormente à raiz do pulmão esquerdo, intermediando o pericárdio fibroso medialmente e a pleura parietal lateralmente. Finalmente, curva-se inferior e anteriormente para atingir a superfície do diafragma, que perfura anteriormente ao tendão central e lateralmente ao pericárdio. Forma então três ramos na superfície inferior do diafragma: anterior, lateral e posterior. Estes ramificam-se de forma radial a partir do ponto de perfuração para suprir toda a superfície do músculo, exceto a periferia.
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