肾脏稀释、浓缩功能形成的基础
1.肾脏各部位渗透浓度情况
在肾脏组织中，髓质部渗透值远较皮质部高，其中内髓又较外髓高，而肾乳头部最高；外髓渗透值较皮质部高，但在近皮质部即交界处，基本上与皮质相似。上述各部位，无论哪一个部位，凡是离开皮质深处的渗透值总是越高，而同一平面各个部位则几乎相同。因此肾脏的髓质间质实际上有一个由低到高的渗透梯度，在皮质部该渗透梯度则不甚明显。整个皮质间质的渗透值几乎与血浆渗透压相等。上述这种梯度在抗利尿情况下甚为明显，但在水利尿情况下也仍同样存在，只不过各段渗透值的绝对值此时较抗利尿情况下略低。
2.肾小管各段内液渗透值情况
在近端肾小管的S1、S2部位，渗透值与血浆甚为近似，约290mOsm/kg·H2O左右。从S3开始，随着髓袢下降支逐步向髓质深部伸延，渗透值逐渐加大，在长袢肾单位，到达内髓部转折处达到1200mOsm/kg·H2O左右；从髓袢上升支开始，渗透值开始渐渐降低，但与同等平面的下降支内液相比，仅相差5～10mOsm/kg·H2O。随着肾小球滤过液到达髓袢上升支厚段，此时渗透值明显下降，而且越向表面走行，越降低，到达远端曲管的起始部时，可低到50～100mOsm/kg·H2O。上述各段的渗透值情况，无论在抗利尿或水利尿情况下基本相类似。因此，可以认为从髓袢上升支开始，为制造稀释尿液的关键部位。远端肾曲管以后的各段，其渗透值则依据是水利尿或抗利尿情况的不同而异。在水利尿时，在集合管起始部的内液仍然可保持低值且还可进一步下降，而终尿的渗透值可低至50～60mOsm/kg·H2O；相反，在抗利尿情况下，经过髓袢上升支制造的低渗液则又可进一步浓缩，此时在远曲小管渗透值与血浆渗透值相似，而终尿的渗透值可达1200mOsm/kg·H2O。因此，可以认为浓缩尿液的形成，一方面需要髓袢进行与稀释尿制备的同等过程，但更需要在远端曲管后，特别是各段集合管对相对低渗的滤过液继续进行加工。
3.肾髓质间质渗透值梯度的形成和维持
髓质间质从表浅到深部逐步增加的渗透梯度的形成，是由于髓袢、肾小管各段以及直血管解剖上的特殊排列，小管各段对水、NaCl通透情况不同，以及髓袢上升支厚段对NaCl的主动吸收等因素而完成。上述各个因素形成逆流倍增（连续单次效应可以使在靠近转折部分的液体明显升高，此即逆流倍增）交换，从而使上述的渗透梯度可以建立并维持。
水和溶质在髓袢各段通透情况如前所述，髓袢下降支内液渗透值越向浅部走越低，这可能是溶质吸收的结果，也可能是水下不断渗入到管腔的结果。但是，根据在体微穿刺或离体微灌注实验结果，均未发现小管液中的菊糖浓度与血中葡萄糖浓度的比值（TF/P）有任何变化。因此可以除外水份从间质直接渗入到管腔的可能。同样，测定渗透性水通透系数值（P）也证实，该值无论在上升支薄段，或髓质及皮质上升支厚段均十分低，说明这些段小管对H2O的通透性十分低，仅为10～20μm/s。相反，在近端肾小管或髓袢下降支，渗透性水通透系数值均十分大，可达到3000μm/s以上；而Na+的通透性在S1、S2段虽然很高（通透系数分别为5.8×10μm/s和65×10μm/s），但在髓袢下降支则很低，仅为3.5×10μm/s。在长袢肾单位的ATL，Na+的通透性极高，达到88×10μm/s，mTALH则又明显降低。由此可见，髓袢下降支与上升支，特别与厚段相比，前者对H2O通透性高，但对Na+通透性低。而髓袢上升支恰好相反，即该段对H2O通透性极低，而对NaCl通透性极高。(https://www.daowen.com)
髓袢上升支厚段细胞的基底侧含有大量Na+-K+-ATP酶，可以提供大量ATP以供离子泵转动，将细胞内Na+转运到细胞外。NaCl不断地从管腔转运到间质，同时H2O未能同时排出，使管腔内液的渗透浓度不断下降。转运到间质的NaCl，又使该处渗透压上升。由于在外髓部以及内髓浅层的间质容量很小，主要为凝胶样基质（含有丰富高度聚化的透明质酸）所组成，此基质可使溶质及水分较慢向外周扩散；又由于髓袢下降支与上升支平行走向，同时对H2O通透性特别高，因此增高的渗透压可以有效地将下降支内的水分排出，而腔内的NaCl则由于该段管壁对其通透性特别差，其浓度因此不断上升。由于髓袢上升与下降支呈U形排列，而且肾小球滤过液在两段逆向流动，因此不断产生单次效应（由相邻管道间热量传递而造成的热梯度效应），使得髓质间质得以形成由深到浅部的渗透梯度。
除上述髓袢的逆流倍增机制外，直血管的排列及血供特点为维持髓质渗透梯度的重要机制之一。直血管由近髓部肾单位的出球小动脉延伸而来，其解剖结构在动物种类以及个体之间有很大差异。在肾髓质的各段都有许多毛细血管丛，由直血管的下降支直接供应血液。其中在外髓部的毛细血管丛比内髓部所得血供明显丰富。内髓部的毛细血管丛的血液汇聚在一起形成直血管的上升支，这些上升支与下降支的直血管与髓袢的上、下升支，以及集合管等紧密平行走向，其中外髓部分的直血管上升及下降支的血流快，有利于溶质和水分的快速吸收，而内髓部分则虽然血供也丰富，但流速较慢，因此有利于高渗透值的维持。髓质各段间质内溶质和水分，经毛细血管丛和直血管上升支重吸收以后，大部分又可经下降支循环而返，因此维持了髓质的渗透梯度。
4.尿素再循环
实验分析结果显示，形成肾髓质间质渗透梯度的重要溶质固然是NaCl，但实际上仅占55%左右；另外，根据组织学特点观察，髓袢上升支的薄段结构甚为简单，很难想象能有大量NaCl的主动转运。而大多数髓袢上升支的厚段又分布在外髓部。根据数学公式计算，从该段的ATP酶消耗情况可能形成的渗透梯度来看，也难以说明所有渗透梯度的形成是单纯继发于该段NaCl的转运结果。实际上，除NaCl以外，髓质渗透梯度的溶质成分是由尿素所组成。尿素在肾小管各段的循环已被公认为逆流倍增交换得以完成的重要机制。
血液中的尿素经肾小球滤过以后，其中 40%～50%在近端小管特别是S1、S2段被重吸收。该两段对尿素的重吸收能力略小于对水的重吸收。因此，尿素得以被浓缩，到达髓袢起始部时，实际上已浓缩50%左右。髓袢上升支厚段虽然对NaCl通透性很高，但对尿素通透性却很低，因此虽然滤过液在上行时渗透浓度下降，但尿素的浓度却并不下降。远曲小管的末端、皮质部及外髓部集合管对尿素的通透性也很差。另外，这些段的水的重吸收，在抗利尿激素（ADH）作用下却可以明显加强，但尿素的重吸收却不受ADH的影响。因此，在抗利尿情况下，在集合管中的尿素，因为水的大量重吸收，其浓度明显上升。与外髓部集合管相反，深部髓质对尿素的通透性极高，从而尿素可以在该处大量透出而进入深部髓袢的下降支及上升支，为组成该部高渗透溶质的重要内容。上述尿素在肾小管各段的不断循环除了参与髓质高渗透梯度的形成以外，还有下列生理意义：①可减少水分的排出。由于肾脏在排出溶质时，必须与水一起排出，因此如果没有尿素再循环，势必会导致大量水分排出。②可节省能量。由于尿素参与了肾间质渗透梯度的形成，因此NaCl在髓袢上升支厚段泵出不必过多，从而耗能减少。由于大量尿素在肾内再循环，可使血中的尿素浓度不至于过高。