人体排尿是一个极为复杂的过程，涉及全身多个系统、组织与器官，它们的正常与协调工作是完成正常排尿与控尿的基础。同时，储尿与排尿过程又进一步地被社会行为因素所复杂化。所有这些的协调完成都要依赖于神经系统中为数众多的神经递质来传递控制信号，中枢性神经递质5-羟色胺在排尿控制中起着重要的作用。
下尿路正常的储尿和排尿功能依赖于膀胱、尿道及尿道外括约肌的协同作用，受复杂的大脑脊髓神经机制控制。骶髓损伤或支配逼尿肌的骶副交感神经根损伤引发永久的膀胱无反射及尿潴留。而大多数脊髓损伤发生于腰骶髓近端，切断了对排尿的高位中枢控制，初期脊髓损伤造成的休克期导致膀胱失去动力性而尿潴留。根据动物物种不同，此期可以持续几周至几个月；后期由于低级脊髓排尿反射建立开始反射性排尿，有点类似于婴儿期的膀胱充盈后即出现的反射性排尿，完全没有大脑支配。
由于受低级脊髓反射控制的膀胱失去正常情况下高位中枢具有的抑制作用而过度反射，出现大量膀胱逼尿肌无抑制性收缩，表现为膀胱内压力过高，失去自主排尿功能，处于一种反射性尿失禁状态。此外，失去高位中枢抑制的骶髓Onuf’s核控制的尿道括约肌持续收缩痉挛、并且膀胱和尿道括约肌同时出现收缩，即逼尿肌括约肌作用失去应有的协调，排尿效率低下，导致大量残余尿和膀胱内高压，进一步引起膀胱小梁小室形成、膀胱输尿管返流和肾功能损害，后期出现的尿毒症是脊髓损伤患者死亡的主要有原因。
高位颈椎损伤的病人还经常出现由于残余尿过多，膀胱扩张而自主反射引发的高血压危象。因而对脊髓损伤患者，常常采取的治疗手段是清洁间歇自行导尿，即每天间断人工排空膀胱来减轻对肾脏的损害。但为减少两次导尿之间的尿失禁，提高生活质量，同时降低膀胱内高压，提高排尿效率，减少残尿量，保护肾功能，进一步药物治疗手段是迫切需要的。脊髓损伤引起的排尿障碍的治疗关键在于降低膀胱逼尿肌高反射状态和改善膀胱逼尿肌与尿道括约肌的功能失协调。
药理学和生理学研究已经证明5-羟色胺类物质可以影响下尿路排尿功能的神经控制。5-羟色胺类物质参与调节下尿路功能最早在1960年代由Dahlstrom和Fuxe提出，他们发现脊髓交感和副交感神经中分布有大量起始于尾侧脑干脊核的含5-羟色胺类物质的神经纤维，随后的药理研究揭示5-羟色胺类物质直接作用于交感和副交感节前神经可以改变其活动性，静脉给于5-羟色胺前体物质或5-羟色胺受体激动剂或拮抗剂可以影响包括排尿反射在内的多种自主神经反射。
神经示踪技术发现，当把狂犬病毒注射到大鼠的膀胱尿道以及尿道括约肌后，位于脑干的脊核神经被狂犬病毒所标记。这些结果同在大鼠、猫、以及灵长类动物中完成的免疫细胞化学研究揭示的位于腰骶髓的交感及副交感自主神经核和尿道外括约肌运动神经核(the Onuf nucleus)都接受来自脑干脊核的5-羟色胺类物质输入的结果相符合。
5-羟色胺受体包括至少30种，分为5HT1-7七组。在腰骶髓，有不同的5-羟色胺受体(5-HT1,5-HT2,and 5-HT3)存在。反射自显影技术证实5-HT1A受体存在于包含膀胱感觉传入神经的腰髓背外侧角，和包含支配膀胱逼尿肌传出神经的骶髓副交感核以及支配尿道外括约肌Onuf’s核。同时，5-HT2受体也被证实存在于骶髓副交感核以及Onuf’s核。另外，5-HT1A受体存在于髓质脊核神经体和树突中通过释放5-羟色胺调节脊核神经的负反馈抑制。
一般来讲，5-羟色胺类物质能抑制膀胱逼尿肌收缩功能，其抑制作用主要通过5HT1A、5HT1B/D、5HT3、5HT7受体控制。同时初步研究提示5-羟色胺类物质可以促进尿道外括约肌功能，并通过5HT1A、5HT1B/D、5HT2受体作用。
5-羟色胺类物质可能直接抑制膀胱节前神经，但大多数研究证实5-羟色胺类激动剂主要通过抑制排尿反射的传入神经支活动。分布于膀胱与尿道的感觉神经包括两种纤维：无髓鞘C-纤维和薄髓鞘的Aδ-纤维。Aδ-纤维是机械压力张力感受器，正常情况下排尿主要由Aδ-纤维参与完成；C-纤维是化学痛觉感受器，在病理情况下（如炎症，损伤，梗阻等），C-纤维代替Aδ-纤维参与病理情况下排尿反射。临床和实验研究已经表明脊髓损伤后，膀胱反射过度至少部分是由于辣椒辣素敏感的C-纤维活动性增强。
C-纤维的这些变化是由于神经及其靶器官相互作用的结果。截瘫的动物和患者由于外尿道括约肌的持续收缩而不能有效排尿，这种功能性排出口梗阻引起膀胱肌肉肥厚。膀胱肌肉肥厚同样造成了膀胱感觉神经的肥大。L6-S1的支配膀胱的背外侧脊髓神经节细胞增大了45-50%。因为在脊髓损伤的大鼠尿流改道可以阻止膀胱肌肉与膀胱感觉神经的增生，并且慢性尿道梗阻引起的膀胱感觉神经增生被对抗神经生长因子NGF的自身免疫反应所阻止，这提示增厚的膀胱肌肉产生过多的神经增长因子，如NGF，引发感觉神经增生，从而导致了膀胱过反射。5-羟色胺类物质可以抑制体疼痛感觉已经被广泛证实，抑制膀胱痛觉传入神经对治疗脊髓排尿障碍意义重大，因为如上所述，正常情况下排尿反射通过压力感觉神经Aδ-纤维传导，脊髓损伤后改为C-纤维痛觉神经传导。
5-羟色胺控制下尿路功能的具体部位仍不十分明了，RT-PCR技术证实许多5-羟色胺受体亚型的mRNA存在于脊髓背外侧神经节（DRGs），同时在脊髓后角密集存在，即膀胱神经传入的部位密集存在。在脊髓中除了感觉神经末梢还有多个靶神经可以被5-羟色胺类物质作用，特别是脊髓中间神经、脊髓投射神经和骶副交感核节前神经。损害感觉神经后只引起5-羟色胺类受体密度大约20％的降低，因此大多数受体并不位于感觉神经内。控制膀胱传出神经的骶髓副交感神经核以及控制尿道外扩约肌运动神经的Onuf’s核中有密集的5-羟色胺类神经的分布，提示5-羟色胺类物质可以作用于这些神经的受体而改善尿道括约肌的功能。
5-羟色胺因此可能作用的部位应包括：（1）传入神经和他们位于脊髓内的终末端，（2）脊髓中间神经元，（3）脊髓投射神经，（4）位于脊髓副交感神经核以及Onuf’s核的节前神经。
在脊髓内绝大多数5-羟色胺神经末梢的神经细胞体都位于高位脑干尾侧脊核部位，脊髓损伤切断了这些神经轴突，5-羟色胺类递质不能向下运送传导，但是5-羟色胺受体仍然存在于靶神经的突触后膜，甚至可能有代偿性的增加，所以提供5-羟色胺类受体激动剂作用在这些受体可能成为重要的药物治疗手段。
我们在启明星追踪项目和国家自然科学基金项目资助下，在脊髓损伤的大鼠实验中初步证实了我们的设想，给予5-HT1A受体的激动剂8-OH-DPAT，可以明确改善脊髓损伤大鼠的膀胱逼尿肌和尿道括约肌失协调，从而提高了排尿效率、减少膀胱残余尿。实验结果被美国生理学杂志（The American Journal of Physiology，Regulatory,Integrative,and Comparative）接受发表。