阴茎勃起是一个复杂的心理-生理过程，本质是一系列神经血管活动。
副交感神经兴奋，阴茎海绵体内小动脉及血管窦的平滑肌细胞舒张，海绵体血管窦扩张，动脉血流量增加，阴茎海绵体充血胀大。胀大的阴茎海绵体压迫白膜下的小静脉，使静脉流出道关闭，盆底肌的收缩也可压迫海绵体，使之进一步胀大、坚硬而产生勃起。交感神经兴奋，小动脉及血管窦的平滑肌细胞收缩，海绵体压力下降，静脉开放，阴茎开始疲软。因此，平滑肌舒张、动脉血流量血流速度及静脉血流出阻力是阴茎勃起的三个要素。
阴茎海绵体内小动脉及血管窦的平滑肌细胞舒张时，大脑或阴茎局部接受性刺激，从下丘脑或骶髓低级中枢发出冲动，神经冲动传至阴茎海绵体，副交感神经神经末梢及血管内皮细胞在一氧化氮合酶（NOS）的催化下合成释放一氧化氮（NO）增多，NO进入平滑肌细胞内，激活鸟苷酸环化酶（GC），使平滑肌细胞内的cGMP增多，后者激活蛋白酶K，作用于钙离子通道，使细胞内钙离子浓度降低，平滑肌细胞舒张。阴茎海绵体平滑肌内的cGMP由磷酸二酯酶5（PDE5）降解成GMP而失去活性。
除NO外，与平滑肌舒张、阴茎勃起相关的物质还包括乙酰胆碱、血管活性肠肽、降钙素基因相关肽、PGE2、cAMP等；与平滑肌收缩、阴茎疲软相关的物质有去甲肾上腺素、内皮素、PGF2α等。
阴茎皮疼，可能是与过度刺激、包皮龟头炎、过敏等因素有关。应及时查明原因，并进行治疗。在治疗期间，还应注意个人卫生，每日对阴茎部位进行清洗，保持清淡饮食，避免饮酒。1、过度刺激：频繁手淫或者是异物刺激，可导致阴茎皮受损，从而出现阴茎皮疼的感觉，局部还可伴有发红的症状。应当戒除手淫，并且合理休息，不要穿过紧的内裤，当疼痛较严重时，可口服止痛药改善，如双氯芬酸钠肠溶片、布洛芬缓释胶囊等；
2、包皮龟头炎：如果男性包皮过长，不注意日常护理，可能会诱发包皮龟头炎，炎性物质增多后，对阴茎皮局部造成刺激，可引起阴茎皮疼，还可伴有红斑、瘙痒等症状，严重时甚至出现破溃流脓。确诊后可应用红霉素软膏、盐酸特比萘芬乳膏等药物进行治疗，及时控制感染，将感染因素消除，较有利于症状缓解；
3、过敏因素：若接触含致敏成分的洗浴用品、内裤等，导致免疫系统异常反应，破坏正常细胞，局部可出现皮肤损害，引起阴茎皮疼，还可伴有明显瘙痒、丘疹等症状。可外用炉甘石洗剂改善不适症状，当过敏反应特别严重时，还可口服抗过敏的药物进行治疗，例如盐酸西替利嗪片、氯雷他定片等。
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