Die A. thoracica (mammaria) interna entspringt von der konkaven Seite der A. subclavia. 
Sie überkreuzt die Pleurakuppel, zieht hinter das Sternoclavikulargelenk, wird vom N. phrenicus überkreuzt und verläuft im vorderen Mediastinum zwischen der Pleura costalis und den Rippenknorpeln, ca. 1 cm lateral vom Sternalrand. 
Sie gibt folgende Äste ab:
- Rr. intercostales anteriores: verlaufen in den vorderen Abschnitten der Interkostalräume
- Rr. perforantes: durchbohren die oberen Interkostalräume (1. bis 6.ICR) und versorgen die Haut der vorderen Brustwand inklusive Brustdrüse
- A. pericardiacophrenica: verläuft mit dem N. phrenicus zwischen Pleura mediastinalis und Perikard zum Zwerchfell
- A. musculophrenica: entspringt in Höhe von Th7 und verläuft in der Rinne zwischen Brustwand und dem Zwerchfell
- A. epigastrica superior: kräftiger Endast, der vor dem M. transversus abdominis in die Rektusscheide eintritt
Die A. thoracica interna kann aus ihrem Bett herausgelöst und in eine Herzkranzarterie implantiert werden, als Umgehungskreislauf bei einem Verschluss der Koronararterien.
Die Rr. intercostales anteriores anastomosieren in den Interkostalräumen mit den Aa. intercostales posteriores (< Aorta thoracica).
Die A. epigastrica superior bildet mit den Endästen der A. epigastrica inferior (< A. iliaca externa < A. iliaca communis) eine Längsanastomose an der vorderen Bauchwand.
Die A. thoracica interna kann auch aus dem Truncus thyrocervicalis entspringen.
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