Physiology of penile vasculature: endothelium and erectile dysfunction

Abstract

Erectile dysfunction (ED) is considered as an early sign of endothelial dysfunction and cardiovascular disease. The present review gives an overview of the physiological factors involved in the regulation of penile vasculature with special regard to the role of the vascular endothelium. Sympathetic nerves maintain flaccidity and mediate detumescence through the release of the vasoconstrictor noradrenaline that down-regulates its own release and that of nitric oxide (NO). The sympathetic cotransmitter neuropeptide Y (NPY) enhances noradrenergic vasoconstriction and also elicits non-NO endothelium-dependent relaxations. α₁– adrenoceptor-mediated vasoconstriction involves Ca²⁺ influx through L-type and receptor-operated (ROC) Ca²⁺ channels, as well as Ca²⁺ sensitization mechanisms mediated by protein kinase C (PKC), tyrosine kinases (TKs) and Rho kinase (RhoK) in penile small arteries. Rho kinase (RhoK) can regulate Ca²⁺ entry in addition to its role in Ca²⁺ sensitization. Vasodilatation of penile arteries and large veins during erection is mediated by neurally-released NO and the subsequent increased arterial inflow and shear stress activates endothelial NO production through Aktphosphorylation of endothelial NO synthase (eNOS). cyclic guanonin 3´- monophosphate (cGMP)-stimulated K⁺ efflux through Ca²⁺-activated (K_Ca) and voltage-dependent Ca²⁺ (K_v) channels is involved in the NO relaxant responses of penile arteries and veins, respectively. Phoshodiesterase type 5 (PDE5) inhibitors are potent vasodilators of penile arteries and increase the effects of basally released endothelial NO. Endothelium-dependent relaxations of penile small arteries include an endothelium-derived hyperpolarizing factor (EDHF)-type response which is impaired in diabetes and hypertension associated ED. The changes in structure and function in the penile vasculature in cardiovascular risk situations leading to ED remain to be elucidated.

Keywords: Penile arteries, nerves, endothelial cells, nitric oxide, vasculogenic erectile dysfunction.

Resumen

Se considera la disfunción eréctil (DE) una manifestación temprana de disfunción endotelial y enfermedad cardiovascular. En el presente trabajo se resumen los factores fisiológicos implicados en la regulación de los vasos sanguíneos peneanos, con especial referencia al papel del endotelio vascular. Los nervios simpáticos mantienen la flacidez y median la detumescencia a través de la liberación de noradrenalina que regula su propia liberación y la de óxido nítrico (NO). El cotransmisor simpático neuropéptido Y (NPY) potencia la vasoconstricción noradrenérgica y también produce relajación endotelial no mediada por NO. La vasoconstricción α₁-adrenérgica está mediada por la entrada de Ca²⁺ a través de canales tipo L y canales operados por receptor, así como también mecanismos de sensibilización al Ca²⁺ mediados por la proteína kinasa C (PKC), tirosina kinasas y la kinasa Rho (RhoK). La RhoK puede regular la entrada de Ca²⁺ además de su papel en la sensibilización al Ca2+. La vasodilatación de las arterias y venas grandes durante la erección está mediada por NO de origen nervioso y el posterior incremento del influjo de sangre arterial y shear-stress activa la producción de NO endotelial a través de la fosforilación Akt de la enzima NOS endotelial (eNOS). El eflujo de K⁺ estimulado por el guanosín monofosfato cíclico (GMPc) a través de canales de K⁺ activados por Ca²⁺ (K_Ca) y por voltaje (K_v) está implicado en el efecto relajante del NO en arterias y venas peneanas. Los inhibidores de la fosfodiesterasa tipo 5 (PDE5) son potentes vasodilatadores de las arterias peneanas que incrementan los efectos del NO endotelial liberado basalmente. Las respuestas relajantes dependientes del endotelio incluyen una respuesta de tipo factor hiperolarizante derivado del endotelio (EDHF) en las arterias peneanas pequeñas que está alterada en la DE asociada a la diabetes y la hipertensión. Los cambios en estructura y función de los vasos sanguíneos penenanos en situaciones de riesgo cardiovascular que ocasionan DE están todavía por clarificar.

Palabras clave: Arterias peneanas, nervios, célula endotelial, óxido nítrico, disfunción eréctil vasculogénica.