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  勃起可以自发性地产生,也可以因反射或心理反应而产生。因物理刺激而生的勃起称为反射性勃起;由色情物或情感刺激所引起的勃起称为心因性勃起。无意识的勃起称为自发性勃起,它主要在睡眠期间发生。在正常的性活动中所产生的勃起为反射和心理机制的共同参与所致。针对下肢瘫痪患者的研究表明,上述两种机制可独立运作。在大多数健康男性中,勃起可在没有触觉刺激的情况下只经由幻想产生。  在勃起过程中,阴茎内两个呈管状的海绵体扮演了关键的角色,它们会在勃起时充血,并影响阴茎勃起后的长度。上述过程可能是生理刺激(性刺激)之结果。位于两个阴茎海绵体之下的管状海绵体为尿道海绵体,其包覆着尿道。在排尿和射精时,尿液和精液会分别经由尿道排出。尿道海绵体在勃起时也可能会充血,不过其程度不及阴茎海绵体。  阴囊可能会在勃起时拉紧。包皮一般会在勃起时渐渐地缩回,露出龟头,但一些男性在勃起前就已把包皮拉开。

  反射性勃起是指经由对阴茎进行物理刺激而产生的勃起。该些物理刺激直接作用于阴茎的神经末梢,然后该些神经把感觉传递到脊髓。反射性勃起在本质上是不随意的。  阴茎在受到刺激时,自律神经系统的两个部分之一——副交感神经便会使其勃起,此外中枢神经系统也会参与此过程。副交感神经分支会从荐神经丛延伸至运送血液到勃起组织的动脉:在受到刺激时该些神经分支会分泌乙酰胆碱,继使阴茎小梁动脉的内皮细胞分泌一氧化氮。一氧化氮扩散到动脉的平滑肌(也可称为「小梁平滑肌」),使平滑肌舒张,诱使阴茎海绵体和尿道海绵体的空腔充血,并出现勃起。同时坐骨海绵体肌和球海绵体肌会压迫阴茎海绵体的静脉,限制血液流出。 当副交感神经活动消退至日常状态时,阴茎的勃起程度就会消退:在过程中交感神经的活动会使阴茎动脉和海绵体窦隙收缩,迫使血液透过相关静脉流出勃起组织,参与在其中的静脉包括一条阴茎背深静脉、两条海绵体静脉、四条位于管状筋膜及白膜之间的动脉旁静脉。静脉的血液流速会控制阴茎勃起后的硬度,它会影响阴茎海绵体和尿道海绵体所受的压力,以至阴茎勃起后的整体形态。  一般在射精或停止刺激后,阴茎的勃起便会消退,但消退至完全疲软状态的耗时因其长度和硬度而异。

  心因性勃起由大脑的边缘系统控制。这种勃起可由性幻想或感官刺激所引起,会使大脑中枢处于兴奋状态的刺激各式各样,其中包括:  这些心因性刺激可以使人和动物产生勃起,继而发生性行为。人类的心因性勃起相对于其他动物更为依赖第二信号系统,它会在没有对性感带进行物理刺激的情况下引发勃起。对于智人男性而言,性唤起不仅取决于实际刺激(视觉、触觉、气味),还取决于记忆、思想、幻想等心理刺激。一般来说,男性对女性性器官的性反应,较女性对男性性器官的性反应为大。

  自发性勃起主要发生在无意识的情况下,其通常在睡眠期间发生。自发性勃起是一种正常现象,可出现在不同年龄的人身上,甚至在子宫内成长期间就可以出现。但若它在公众场所等当事人不希望发生的场合下发生,其便可能会感到尴尬。自发性勃起可在一天内任何时间发生,并可能会使衣装的一部分出现凸起。这种情况可透过穿着贴身的内衣、长衬衫或宽松的衣服来掩饰。

  阴茎可在睡眠中或刚睡醒时勃起。这一现像在医学上称为夜间阴茎勃起(俗称晨间勃起)。所有没有勃起障碍的男性都有经历过晨间勃起,一般来说一晚会经过三到五次,特别是快速动眼睡眠(英语:REM sleep)期间。在女性中则可能会出现夜间阴道润滑及夜间阴蒂勃起。

  在兴奋期期间,女性的整个性器官会充血,阴道壁的体积明显增加。阴蒂头的大小也会增加,但由于它的体积小,所以难以察觉相关变化。女性的勃起基本不会像男性般明显。在性唤起以及排卵阶段,乳头的勃起性及敏感性会增加。乳头勃起是由于内部的肌纤维收缩所致,跟充血无关。在强烈的性兴奋期间,女性阴道会分泌阴道分泌液至外阴,男性的尿道则会排出尿道球腺液;阴道分泌液有助润滑阴道,减低接合时女性感到痛楚的机会。  乳头勃起基本上有三种原因。在哺喂母乳时,乳头会达到勃起的状态。而一些哺乳动物在雌雄交配时,乳头勃起是性行为初期生理反应之一,这些都是催生素所致。乳头勃起亦可能是因为温度较低所致,与性并没有关系。任何性别的人都能乳头勃起。

  

  在许多情况下,勃起能反映当事人是否处于性兴奋状态; 此外它也是男性能够进行性交的前设。  勃起可出现于儿童和婴儿的阴茎上,甚至胎儿也能够勃起;同样不少新生女婴会出现阴道湿润和阴蒂勃起的情况。 到了青春期期间,勃起会发生得较为频密。 一些政府和法院会利用阴茎阻抗血流图仪来测量反映被测量者性偏好的阴茎勃起程度。勃起阴茎恐惧症有时会用于代指对勃起的阴茎之异常厌恶。

  阴茎疲软时的尺寸不一定跟勃起时的尺寸相对应——一些疲软时相对较小的阴茎在勃起后的尺寸增长幅度会较大,而一些疲软时相对较大的阴茎在勃起后的尺寸增长幅度会较小。 一旦过了青春期,阴茎在勃起后的尺寸一般也不会再有所增减。尽管阴茎增长术可能会增加其尺寸,但相关成效仍有争议。根据一项研究,大部分接受了该手术的男性皆对效果表示「不满意」。  一项针对阴茎尺寸的研究先找来15,521名男性,然后由健康专业人士量度他们的阴茎尺寸,从此得出结论:阴茎勃起时的平均长度为13.12厘米,平均周径为11.66厘米。

  虽然许多阴茎在勃起后皆会指向上方,但也有不少例子是差不多垂直向上或向下,以至指向正前方——这都是正常的,且受到悬韧带的张力的影响。勃起后阴茎的形状也有很多变化,有的为直管状,也有向上、向下、向左、向右弯曲的。佩罗尼氏病可引致阴茎弯曲度增加,继对当事人的生心理造成影响,比如其可引起勃起功能障碍或阴茎疼痛。治疗手段包括口服药物(比如口服秋水仙素)和进行手术。  下列的图表显示成年男性在各种勃起角度分布的百分比,0度指阴茎贴紧腹部,90度是阴茎向前指,180度则为朝向脚。向上指是当中最为常见的。

  

  勃起功能障碍为男性性功能障碍的一种,其特征在于阴茎在性行为期间无法勃起或维持勃起。 医学中对勃起功能障碍的研究隶属泌尿科的分支——男科学之下。  勃起功能障碍的成因可分为生理及心理两大类,且大多数是可以治疗的。常见的生理性病因包括糖尿病、肾病、慢性酗酒、多发性硬化症、动脉粥样硬化、血管疾病(包括动脉性和静脉性勃起功能障碍),约70%的勃起功能障碍病例伴有神经系统问题,一些治疗疾病的药物可能会引致勃起功能障碍,比如锂盐和帕罗西汀。  勃起功能障碍与文化上的支配力、成功和男性气质密切相关,因此它有可能会产生严重的心理后果,包括羞耻感、失落感、无力感。人们常在此事上保持沉默,且不愿谈论它。事实上,大约1/10的男性会在生命的某个阶段经历勃起问题。

  阴茎异常勃起是一种令人痛苦的异常状态,当事人的阴茎尽管没有任何的生心理刺激,但仍无法回复至疲软状态。

  犬科动物的阴茎不会在交配前勃起,而其能够顺利交配跟雌性的原因在于阴茎内含一根多种有胎盘哺乳动物皆拥有的骨头。雄性在其阴茎接合后一般会紧紧抓住交配对象,并更快地把阴茎推进去——阴茎正是在这段期间变大。这不同于人类——人类的阴茎一般在性交前就已勃起。  象的阴茎在勃起时呈S形,尿道口则呈Y形。  公牛的阴茎勃起组织很少,所以勃起后大小几乎没有改变。疲软时阴茎非常坚硬,勃起后变得更为坚硬。勃起不会对阴茎的突出产生太大影响,影响较大的反是阴茎后拉肌的放松及乙状结肠的伸直。  雄性马岛长尾狸猫的阴茎在勃起时能够到达前腿之间。
勃起 (Erection,临床上称为阴茎勃起,香港俗称扯旗)是一种生理现象,当中阴茎海绵体的空腔会充血,使阴茎胀大且变得坚硬。它是神经、血管等一系列复杂因素配合后所出现的结果,且常跟性兴奋或性吸引有关,不过它也有可能自发性地出现。在自然界中能够勃起的生物包括哺乳动物、鳄鱼、海龟、某些鸟类。乳头及阴蒂也可以出现勃起,分别称为乳头勃起及阴蒂勃起。