勃起功能障碍常见的器质性原因为阴茎血液动力学异常。阴茎海绵体动脉的动脉粥样硬化可使管腔狭窄，或创伤性动脉阻塞疾病可引起阴茎海绵体动脉闭锁，导致血液灌注压力的降低和流量的减少，引起勃起硬度不足和阴茎完全勃起潜伏期的延长，临床上分类为动脉性勃起功能障碍。其产生可能归咎于阴茎海绵体平滑肌得不到足够松弛。这种情况也可发生于肾上腺素能神经过度兴奋的焦虑患者或副交感神经损伤的患者。
尽管阴茎动脉灌注充足，但过度的静脉泄漏也可引起阴茎勃起障碍。在这种情况下，阴茎动脉灌注量不能补偿其静脉泄漏量，从而使阴茎勃起不能达到足够的硬度，勃起维持时间过短不足于完成性生活，临床上分类为静脉性勃起功能障碍。阴茎白膜结构的异常变化可引起静脉闭塞功能障碍，从而导致静脉性勃起功能障碍。其病因包括：衰老、非酶性糖基化和缺氧导致的交连胶原蛋白的增加、高胆固醇症导致的胶原合成异常、阴茎手术或外伤亦可损伤弹力纤维结构等。
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