陰莖内部由3條長杆狀的組織所組成,通常叫做“海綿體”。其中兩長條圓柱組織,其間充滿間隙,雙雙并列從陰莖頂部延伸下來;而第3條組織,是海綿本體,主要在陰莖的底部。它們在常态之下是松軟、萎縮的,就像洩氣的汽球一樣,但是在陰莖勃起時,其間的縫隙及洞孔就會充滿血液,當性欲亢奮時,它們注入的血液量甚至相當于平常的8倍,這些血液完全地轉換到陰莖内。
這3條伸縮自如的組織由俗稱結締組織的纖維緊緊包圍着。為了使勃起的陰莖可以伸直硬起,這層包裹物必須能夠承受其舒張而不緻破裂,否則一旦破裂了,其勃起的方向就會發生改變。雖然破裂情況很少發生,但是如果真的破裂了,通常通過手術就可修複。
不過有一點很耐人尋味,就是說在所有靈長類中,隻有人類的陰莖内不含任何一根骨頭。在哺乳類中,包括鼠類、刺猬、鲸魚和蝙蝠,幾乎所有動物都擁有陰莖骨,這些陰莖骨可以提供勃起時的支撐力。
尿道沿着陰莖的走勢而分布,它同時容納了尿液和精液。為了防止排尿和射精的動作同時發生,身體内有一活門結構可以在射精時關閉膀胱頸。
陰莖的前端,即通常稱為龜頭的部分,是陰莖最最敏感的部位,因為它上面緊密地分布着大量的神經末梢。人剛出生時,龜頭上覆有一層薄皮,通常稱為包皮,而包皮内側表皮包含着會分泌皮脂物質的龜頭。這層包皮的作用是減少陰莖脹大及萎縮時的摩擦。
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