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中折れの原因を理解するには、まず勃起の仕組みを理解しなくてはいけません。
勃起現象には2種類あり、反射性勃起と中枢性勃起があります。
反射性勃起は、ペニスへの直接の刺激により中枢性勃起が辿るプロセスを途中まで端折っているだけなのでここでは割愛し、中枢性勃起のプロセスについて解説していきます。
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中枢性勃起は、脳が興奮することで発生する勃起です。
これは、ペニスへの直接刺激以外の五感、つまり、視覚、嗅覚、触覚、味覚、聴覚により性的刺激を受けることにより、大脳皮質（大脳性中枢、視床下部）が興奮することが発端となります。
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大脳皮質がどの程度興奮するかは、体内にある男性ホルモンの量に大きく左右されます。
大脳皮質が興奮すると、勃起をするように促す信号を視床下部より自律神経の1つである副交感神経を経て、下半身の腰髄にある勃起中枢に伝えます。
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勃起中枢がその信号を受け取ると、陰茎海綿体にある神経にその信号を伝え、陰茎海綿体の神経が血液の中に一酸化窒素とと共にサイクリックGMPを放出させます。

一酸化窒素はペニスの動脈を広げ血流を早め、サイクリックGMPは海綿体にある平滑筋を緩め、血液の通り道を拡げる役目を負っています。
ここで、動脈が広がると同時に、血液がペニスから出ていく際の通り道である静脈が圧迫されるため、血液の流出を防ぎ、またペニスに流入し、溜りだした血液を海綿体が吸収していくため、勃起が完成するのです。
実は、勃起をすると同時に、勃起を抑える酵素であるPDE5というものも分泌されます。サイクリックGMPはペニスの入り口にある血液の関門である平滑筋を緩め、血液を大量にペニスに送り込む役目を負っているわけですが、PDE5は、そのサイクリックGMPを取り込んで中和する役割を担っています。
性的興奮が継続する限り一酸化窒素とサイクリックGMPが放出され続け、PDE5の分泌量以上にサイクリックGMPが放出され続けている限り勃起が継続しますが、性的興奮が収まりサイクリックGMPが放出されなくなり、その量がPDE5の量より少なるなると平滑筋が絞まるため、流入する血液が減少していき、勃起が終了します。