十二指肠壁与胃壁相似，分为4 层结构，其腔面的环形皱襞由黏膜及黏膜下层共同向肠腔突出形成。
一、黏膜
黏膜表面由上皮和固有层向肠腔突出形成许多细小的肠绒毛。十二指肠绒毛发达，呈叶片状。绒毛根部上皮向固有层内陷形成管柱状的小肠腺。
1.上皮
上皮为单层柱状，绒毛部上皮由吸收细胞、杯状细胞和内分泌细胞组成。
十二指肠吸收细胞除具有小肠吸收细胞的结构和功能外还向肠腔分泌肠激酶。
杯状细胞数量较少，分泌黏液。
内分泌细胞种类很多，如G、I、K、M 和S 细胞能分泌多种胃肠激素，在调节消化腺的分泌和消化道的运动等方面发挥重要作用。
彩色线条绘制的即是一根绒毛的轮廓，手指样外观。表面为单层柱状上皮，上皮深面为结缔组织（血管、淋巴管等）
2.固有层
固有层由致密结缔组织构成，内有小肠腺，还有较多的淋巴细胞、浆细胞、巨噬细胞和嗜酸性粒细胞等。可见孤立淋巴小结。
3.黏膜肌层
黏膜肌层由内环行和外纵行两薄层平滑肌组成。
二、黏膜下层
黏膜下层为较致密的结缔组织，内有大量十二指肠腺，为黏液性腺，其导管穿过黏膜肌层开口于小肠腺底部。此腺分泌黏稠的碱性黏液(pH8.2~9.3)，保护十二指肠免受胃酸侵蚀。
人十二指肠腺还分泌尿抑胃素，具有抑制胃液分泌和刺激小肠上皮细胞增殖的作用。此层中也有黏膜下神经丛分布。
三、肌层和外膜
肌层由内环行和外纵行两层平滑肌组成。平滑肌之间有肌间神经丛，在肌间的结缔组织中有Cajal 间质细胞。
外膜在十二指肠后壁为纤维膜，其余为浆膜。
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