前一节的内容是讨论在肾小管和集合管中各种溶质及水的转运过程及其机制；在这一节中主要讨论排出的尿液中溶质和水的关系，即尿液的稀释和浓缩，表现为单位时间排出的尿量（urine volume）和尿液的渗透浓度（urine osmolality）。24小时中大约有180L血浆在两肾的肾小球滤过，而最终排出的尿量为1.5L左右。实际上，24小时的尿量可以受许多因素影响而发生很大的变动：可以减少至500ml或更少，而尿液的渗透浓度高达1200mOsm/L，即浓缩的尿液（concentrated urine）；也可以增加至20L或更多，而尿液的渗透浓度低至仅50mOsm/L，即稀释的尿液（dilute urine）。这些情况说明，肾脏对小管液中的水和溶质是可以分别进行处理的。前一节已讨论过，在近球小管中，溶质的重吸收和水的重吸收是按一定比例进行的；微穿刺实验证明，在近球小管末端取得的小管液与血浆是等渗的。因此近球小管并不是对水和溶质分别处理的部位。对水和溶质能分开处理的主要场所是髓袢，特别是髓袢升支粗段。

如前所述，近球小管末端的小管液仍与血浆等渗。髓袢降支细段对水是高度通透的，而NaCl及尿素则不易通透。由于肾髓质的组织间隙是高渗的（见后），髓袢降支中的水被重吸收（被动渗透），故小管液的渗透浓度升高，与其周围的髓质组织液的渗透浓度相近；但小管液中NaCl的浓度高于周围组织液，而尿素浓度则低于周围组织液。

髓袢升支细段对水和溶质的通透情况与降支正好相反，即对水不通透，而NaCl和尿素则能通透。由于小管液NaCl的浓度高于周围组织液，故NaCl被重吸收；而小管液尿素的浓度低于周围组织液，故尿素扩散进入小管内。在升支细段中，重吸收的NaCl量多于进入小管内的尿素量，而小管液量不变，故该段中小管液被稀释，渗透浓度降低。

髓袢升支粗段对水和尿素都不通透，但能重吸收NaCl，故小管液继续被稀释。至升支粗段末端，小管液为低渗（对血浆渗透浓度而言），约150mOsm/L。

在有些情况下，可发生尿液的稀释。例如在饮大量清水后，血浆渗透压降低，使血管升压素（vasopressin）释放减少，引起水利尿（water dieresis）。

尿液的稀释主要是在远球小管和集合管中发生的。如前所述，髓袢升支粗段末端的小管液是低渗的。到远球小管和皮质部集合管，尿素不易通透，NaCl则被重吸收；而水的重吸收取决于血管升压素的水平。水利尿时，血管升压素水平很低，上皮对水的通透性很低，由于小管液中NaCl被重吸收而水不被重吸收，因此小管液的渗透浓度继续降低，可降低至约100mOsm/L。

髓质部集合管在没有血管升压素的情况下，仍重吸收NaCl，但能使水和尿素有小量的通透，因此有少量尿素进入集合管，少量水被重吸收。

因此在水利尿的情况下，可排出大量低渗的尿液。

在失水、禁水等情况下，血浆渗透压升高，血管升压素的水平升高，引起抗利尿（antidiuresis）效应，发生尿液的浓缩。

肾脏中水的转运只有被动的方式，即渗透。尿液的浓缩要求小管液中的水分被重吸收而溶质仍留在小管内，因此就必定要求小管周围的组织液是高渗的。事实上，肾皮质的组织液渗透浓度与血浆渗透浓度是相同的，两者之比为1∶1；而肾髓质的组织液是高渗的，由外髓部至内髓部（肾乳头），组织液的渗透浓度逐渐升高，与浆渗透浓度之比可逐渐升高至4∶1。在肾乳头处组织液的渗透浓度可高达1200mOsm/L。

肾髓质渗透浓度梯度的形成，主要是由髓袢（特别是升支粗段）的形态和功能特性决定的。髓袢升支的细段和粗段对NaCl能重吸收，被重吸收的NaCl可滞留在肾髓质的组织间隙中，从而使组织液的渗透浓度升高。由于髓袢的形态结构和小管液的流动，以及髓袢各部分小管对溶质和水的通透性的特点，通过逆流倍增（countercurrent multiplication）的机制在肾髓质内形成渗透浓度由外髓部向内髓部逐渐升高的渗透梯度。肾髓质组织液中形成渗透压最主要的溶质是NaCl和尿素（urea），其他溶质如K ^＋、NH ₄ ^＋等起的作用很小。所以下面主要讨论NaCl和尿素在形成肾髓质渗透梯度中的逆流倍增过程。

髓袢实际上是一个逆流倍增器（countercurrent multiplier）。作为一个逆流系统，所需要的条件是流体在两个相互平行而且靠紧的管道中以相反的方向流动。髓袢和直小血管都符合这些条件。髓袢之所以能成为一个逆流倍增器，还需靠以下几个因素：①髓袢升支粗段将小管内的NaCl主动转运入组织间隙；②髓袢降支和升支对溶质和水的通透性特点；③小管液由近球小管流入，经过髓袢，再流入远球小管。

下面再对肾髓质内渗透梯度的形成过程进行讨论。

由于髓袢升支粗段主动重吸收NaCl，而对水不通透，因此升支粗段内的小管液在流向远球小管时，渗透浓度逐渐降低；由于主动转运的NaC1滞留在小管周围组织中，故髓质组织液渗透浓度升高。

髓袢降支细段对水通透，而对NaCl和尿素不通透，由于髓质中的高渗透浓度，降支细段中的水进入组织间隙，故降支细段内的小管液渗透浓度逐渐升高。

髓袢升支细段对水不通透，而对NaCl和尿素则能通透，故NaCl顺其浓度梯度进入组织液。升支细段中的小管液在向粗段流动时，渗透浓度逐渐降低。

由于上述几个过程不断进行，而且等渗的小管液不断由近球小管流入，而低渗的小管液进入远球小管，因此髓质中形成高渗。髓袢的长度越长，这种逆流倍增过程越明显。近髓肾单位的髓袢可深入至肾乳头部，故该部分的渗透浓度最高。

除NaCl外，尿素在内髓部高渗的形成和集合管小管液的浓缩中也起重要的作用。在近球小管中，尿素可被动转运；但在近球小管之后，除内髓部集合管对尿素可通透外，其余各段对尿素均不能通透或只有较低的通透性（升支细段）。由于髓袢和远球小管内的水被重吸收，小管液中尿素的浓度逐渐升高。到髓质部集合管，由于上皮对尿素能通透，尿素就顺其浓度梯度进入髓质的组织液。血管升压素（vasopressin）可以促进集合管中尿素向髓质组织液的转运。由于尿素进入组织液，就进一步增高髓质的渗透浓度。在尿液浓缩的情况下，假如肾乳头处的渗透浓度为1200mOsm/L，则NaCl和尿素起的作用大约各占一半，即各形成600mOsm/L；而在肾髓质和皮质的交界处，组织液与血浆接近等渗，其渗透浓度约300mOsm/L。此处的渗透浓度则几乎全部由NaCl形成。从外髓部至内髓部，NaCl和尿素的浓度都逐渐升高，形成各自的浓度梯度。

由于升支细段对尿素有一定的通透性，故髓质中的一部分尿素可以进入升支细段，并随着小管液重新进入内髓部集合管，再扩散入髓质的组织液。这个过程称为尿素的再循环（urea recycling），有利于尿素滞留在肾髓质内。

在另一种情况下，如果尿液稀释，尤其是当尿液稀释持续时间较长时，则进入内髓部集合管的小管液中尿素的浓度较低，于是髓质组织液中的尿素进入集合管，肾髓质的渗透浓度就会降低。体内的尿素是由蛋白质代谢产生的，经肾小球滤过，进入肾小管。肾髓质内尿素的量以及尿中排出尿素的量，取决于每天蛋白质的摄入量。因此，高蛋白饮食可使肾髓质内尿素浓度增高，从而增强浓缩尿液的能力；反之，低蛋白饮食则使肾浓缩尿液的能力降低。

直小血管对于肾髓质内高渗（即NaCl和尿素等渗透物质）的维持起着重要的作用。假如经过上述的过程在肾髓质内形成了高渗环境，但肾髓质内的渗透物质不断被血流带走，渗透物质不能在肾髓质内滞留，则高渗环境也就不能持久。这种情况之所以不会发生，是由于直小血管起着逆流交换器（countercurrent exchanger）的作用。直小血管是为肾髓质供血的毛细血管，它和髓袢相似。也在髓质中形成袢，符合前述逆流系统的条件。直小血管壁对水和溶质都是高度通透的，在直小血管的降支。肾髓质组织液中的溶质（NaCl和尿素等）扩散入血管。而水则由血管进入组织液，因而直小血管内血浆的渗透浓度与周围组织液的渗透浓度达到平衡。由于直小血管升支在肾髓质内向皮质方向折返，因此血浆中的溶质和水发生与降支中相反方向的转运。这一逆流交换过程使肾髓质的渗透梯度得以维持。直小血管升支仅把肾髓质中多余的溶质和水带回血循环。

直小血管的这一作用与其血流量有关。当直小管的血流量增加时，可将肾髓质中的溶质带走，从而使渗透梯度变得不明显；反之，当直小血管的血流量减少时，肾髓质的供氧量降低，肾小管中的物质转运，特别是升支粗段主动吸收NaCl的功能受损，故肾髓质中的渗透浓度梯度也不能维持。

理解了上述肾髓质渗透浓度梯度的形成，就容易理解尿液浓缩的过程。由于髓袢升支粗段及远球小管中NaCl被重吸收，而水不能通透，故进入集合管的小管液是低渗的，而集合管周围的组织液为高渗。在存在血管升压素的情况下，集合管上皮对水的通透性增加，水就因渗透而由小管液进入组织液，于是小管液的渗透浓度就升高，即尿液得到浓缩。内髓部集合管中小管液可达到的最高渗透浓度，就是其周围肾髓质组织液的渗透浓度，用前面所给的例子，即1200mOsm/L。