Fisiologia Renal

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FISIOLOGIA RENAL
Prof. Dra. Déborah Praciano de Castro
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO CEARÁ- UECE
FACULDADE DE FILOSOFIA DOM AURELIANO MATOS- FAFIDAM
CURSO: CIÊNCIAS BIOLÓGICAS
DISCIPLINA: BIOFÍSICA
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Para que servem os rins?
Remoção de resíduos do corpo. A função mais importante dos rins é a regulação homeostática da água e o conteúdo iônico do sangue, também denominado balanço de sal e água, ou balanço hídrico e eletrolítico. A remoção de resíduos é importante, mas alterações no volume de sangue ou nas concentrações de íons causam sérios problemas clínicos antes que o acúmulo de resíduos metabólicos atinja níveis tóxicos. 
Os rins mantêm a concentração normal de íons e água no sangue pelo equilíbrio da ingestão destas substâncias com a sua excreção na urina, obedecendo ao princípio do balanço de massa.
Seis funções específicas. 
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Para que servem os rins?
Volume do líquido extracelular diminui  Pressão também diminui
Se o volume do líquido extracelular e a pressão sanguínea diminuem a níveis muito baixos, o corpo não pode manter um fluxo adequado de sangue para o encéfalo e outros órgãos essenciais. Os rins trabalham de uma maneira integrada com o sistema circulatório para assegurar que tanto a pressão sanguínea quanto a perfusão tecidual permaneçam em uma faixa aceitável. 
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1. Regulação do volume do líquido extracelular e da pressão sanguínea.
Para que servem os rins?
O corpo integra a função renal com o comportamento (sede), para manter a osmolaridade do corpo em um valor próximo a 290 mOsm.
. 
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2. Regulação da Osmolaridade.
Para que servem os rins?
Os rins mantêm a concentração de íons chave dentro de uma faixa normal pelo balanço entre ingestão e perda urinária. 
O sódio é o principal íon envolvido na regulação do volume do líquido extracelular e da osmolaridade. As concentrações de potássio e de cálcio também são estritamente reguladas. 
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3. Manutenção do equilíbrio iônico.
Para que servem os rins?
O pH do plasma é mantido dentro de uma faixa estreita de variação.
Se o líquido extracelular se torna muito ácido, os rins removem o H+ e conservam os íons bicarbonato (HCO3-). Inversamente, quando o líquido extracelular se torna muito alcalino, os rins removem HCO3- e conservam H+. Os rins desempenham um papel significativo na homeostase do pH tão rapidamente quanto os pulmões. 
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4. Regulação homeostática do pH
Para que servem os rins?
Os rins removem subprodutos metabólicos e substâncias exógenas, como fármacos e toxinas ambientais. 
Subprodutos metabólicos incluem creatinina do metabolismo dos músculos e os subprodutos nitrogenados ureia e ácido úrico. Um metabólito da hemoglobina denominado urobilinogênio dá a urina sua cor amarela características. Os hormônios são outras substâncias endógenas que os rins retiram do sangue. Exemplos de substâncias exógenas (externas) que os rins ativamente removem incluem o adoçante artificial sacarina e o ânion benzoato, parte do conservando benzoato de potássio que você ingere quando toma um refrigerante diet. 
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5. Excreção de resíduos
Para que servem os rins?
Rins não são glândulas endócrinas, mas desempenham um papel importante em três vias endócrinas. 
As células dos rins sintetizam eritropoetina, o hormônio/citocina que regula a síntese de eritrócitos. Também liberam renina, uma enzima que regula a produção de hormônios envolvidos no balanço do sódio e na homeostase da pressão sanguínea. Enzimas renais ajudam a converter a vitamina D3 em um hormônio ativo que regula o balanço do Ca2+. 
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6. Produção de Hormônios
Para que servem os rins?
Enorme capacidade de reserva Homeostase só é afetada quando você perde ¾ das funções dos seus rins.
Muitas pessoas vivem normalmente com apenas um rim, como ocorre com 1 a cada 1000 nascimentos, em que a pessoa nasce com apenas um rim (ou por outras falhas no desenvolvimento durante a gestação) ou com pessoas que doam um rim para transplante. 
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Anatomia do Sistema Urinário
O sistema urinário é composto pelos rins e estruturas acessórias.
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Anatomia do Sistema Urinário
Trajeto de uma gota de água do plasma até a excreção na urina.
1. Primeiro passo na produção da urina é o deslocamento da água e dos solutos do plasma para os túbulos ocos (néfrons) que compõem a maior parte do par de rins. Esses túbulos modificam a composição do líquido a medida que ele passa ao longo destas estruturas. O líquido modificado deixa o rim e passa para dentro de um tubo oco chamado de ureter. Existem dois ureteres, cada um partindo de um rim e se dirigindo para a bexiga urinária. A bexiga se expande e se enche com urina até que, por uma ação reflexa, se contrai e expulsa a urina por um único tubo, a uretra. 
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Anatomia do Sistema Urinário
A uretra nos homens sai do corpo através do corpo do pênis. Nas mulheres, a abertura uretral é encontrada anterior às aberturas da vagina e do ânus. 
A micção é o processo pelo qual a urina é excretada. 
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Anatomia do Sistema Urinário
Os rins são o local de formação da urina. Cada rim situa-se em um lado da coluna vertebral ao nível da 11ª e 12ª costelas, logo acima da cintura. 
Embora os rins estejam abaixo do diafragma, eles estão tecnicamente fora da cavidade abdominal, entre o peritônio membranoso que reveste o abdome e os ossos e os músculos do dorso. Por causa da sua localização atrás da cavidade peritoneal, os rins são algumas vezes descritos como tendo localização retroperitoneal. 
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Anatomia do Sistema Urinário
Artérias renais Ramos da parte abdominal da aorta; Fornecem sangue para os rins.
Veias renais Levam sangue dos rins para a veia cava inferior. 
Recebem 20 a 25% do Débito cardíaco.
A superfície côncava de cada rim está voltada para a coluna vertebral. Os vasos sanguíneos renais, os nervos, os vasos linfáticos e os ureteres emergem a partir desta superfície. 
Os rins recebem de 20 a 25% do débito cardíaco, embora constituam apenas 0,4% do peso total do corpo (120 a 170 gramas cada). Esta alta taxa de sangue através dos rins é crítica para a função renal. 
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Anatomia do Sistema Urinário
Um corte transversal através de um rim mostra que o seu interior é dividido em duas camadas: um córtex externo, e uma medula interna. 
As camadas são formadas pelo arranjo organizado de túbulos microscópicos chamados de néfrons. 
Cerca de 80% dos néfrons de um rim estão contidos quase completamente no córtex (néfrons corticais), ao passo que os outros 20% mergulham para dentro da medula (néfrons justa medulares). 
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Anatomia do Sistema Urinário
Cerca de 80% dos néfrons de um rim estão contidos quase completamente no córtex (néfrons corticais). Outros 20% mergulham para dentro da medula (néfrons justamedulares). 
Um corte transversal através de um rim mostra que o seu interior é dividido em duas camadas: um córtex externo, e uma medula interna. 
As camadas são formadas pelo arranjo organizado de túbulos microscópicos chamados de néfrons. 
Cerca de 80% dos néfrons de um rim estão contidos quase completamente no córtex (néfrons corticais), ao passo que os outros 20% mergulham para dentro da medula (néfrons justa medulares). 
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Anatomia do Sistema Urinário
O néfron é a unidade funcional do rim. Cada um dos cerca de um milhão de néfrons de cada rim está dividido em segmentos, e cada segmento é intimamente associado com vasos sanguíneos especializados. 
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Elementos vasculares do Rim
Entrada de sangue no Rim:
Artéria renal artérias menores arteríolas no córtex.
 
Arranjos de vasos sanguíneos  sistema porta
O sangue flui a partir da arteríola aferente para uma rede de capilares semelhante a uma bola, conhecida como glomérulo. 
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Elementos vasculares do Rim
O sangue que deixa o glomérulo flui para uma arteríola eferente e depoispara um segundo conjunto de capilares, os capilares peritubulares que circundam o túbulo. Nos néfrons justamedulares, os longos capilares peritubulares que penetram na medula são chamados de vasos retos. Finalmente os capilares renais juntam-se para formar vênulas e pequenas veias, conduzindo o sangue para fora do rim pela veia renal. 
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Elementos vasculares do Rim
A função do sistema porta renal é primeiro filtrar líquido para fora do sangue e para dentro do lúmen do néfron nos capilares glomerulares e depois reabsorver líquido do túbulo de volta para o sangue nos capilares peritubulares. As forças que determinam o movimento de líquido no sistema porta renal são similares àquelas que determinam a filtração de água e moléculas para fora dos capilares sistêmicos em outros tecidos. 
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Elementos tubulares dos Rins
Cápsula de Bowman +
Glomérulo
Corpúsculo renal
O néfron inicia com uma estrutura oca semelhante a uma bola chamada de cápsula de Bowman (cápsula glomerular) que circunda o glomérulo. O endotélio do glomérulo é fundido ao epitélio da cápsula de Bowman de modo que o líquido filtrado dos capilares passa diretamente para dentro do lúmen do túbulo. 
A combinação do glomérulo e da cápsula de Bowman é chamada de corpúsculo renal.
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Elementos tubulares dos Rins
Da cápsula de Bowman, o líquido filtrado segue para dentro do túbulo proximal e depois para o segmento intermediário (alça de Henle), um segmento em forma de U que mergulha em direção à medula e depois volta em direção ao córtex. A alça de Henle é dividida em dois ramos, um descendente fino e um ascendente com segmentos fino e grosso. O líquido passa então para o túbulo distal. Os túbulos distais de até oito néfrons drenam para um único túbulo maior chamado de ducto coletor. Os ductos coletores passam do córtex para a medula e drenam na pelve renal. Da pelve renal, o líquido filtrado e modificado, agora chamado de urina, flui para o ureter no seu trajeto para a excreção. 
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Visão Geral da Função Renal
Imagine beber 340 mL de refrigerante a cada 3 minutos
Final do dia ~ 90 garrafas de 2 litros
A ideia de colocar 180 L no seu trato gastrintestinal é irreal, mas esta é a quantidade de plasma que passa nos néfrons a cada dia. Como o volume médio de urina que deixa o rim é de apenas 1, 5 L por dia, mais de 99% do líquido que entra nos néfrons precisam voltar para o sangue, caso contrário o corpo desidrataria rapidamente. 
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Visão Geral da Função Renal
Três processos básicos acontecem no néfron
Filtração: Movimento de líquido do sangue para o lúmen do néfron. A filtração acontece apenas no corpúsculo renal, onde a parede dos capilares glomerulares e da cápsula de Bowman são modificadas para permitir o fluxo de massa do líquido. Uma vez que o líquido, chamado de filtrado, passe para dentro do lúmen do néfron, ele torna-se parte do meio externo do corpo. Por essa razão, qualquer substância filtrada para dentro do néfron é destinada a ser removida na urina, a menos que seja reabsorvida. 
Após o filtrado deixar a cápsula de Bowman, o mesmo é modificado por reabsorção e secreção. A reabsorção é um processo de transporte de substâncias presentes no filtrado, do lúmen do túbulo de volta para o sangue via capilares peritubulares.
A secreção remove moléculas específicas do sangue e as adiciona ao filtrado no lúmen do túbulo. Embora a secreção e a filtração glomerular movam substâncias do sangue para dentro do túbulo, a secreção é um processo mais seletivo que geralmente usa proteínas de membrana para transportar as moléculas através do epitélio tubular. 
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Néfron
Filtração
Reabsorção
Secreção
Visão Geral da Função Renal
Líquidos corporais
Ingestão diária - 2100ml/dia (líquidos e água dos alimentos) + 200ml/dia (oxidação de carboidratos - metabolismo) = 2300ml/dia.
Perda diária - 700ml (perda por difusão através da pele e dos pulmões) + 100ml (suor) +100ml (fezes) + 1400ml (urina) = 2300ml/dia
Compartimento dos líquidos corporais (60% do peso do corpo é líquido). Líquido extracelular (LEC - 20%) - líquido intersticial e plasma (cerca de 3 litros). Líquido intracelular (LIC - 40%).
A composição do LEC é controlada pelos rins. O LIC é separado do LEC por uma membrana celular seletivamente permeável a água. O LIC contém pequenas quantidades de íons sódio, cloreto e cálcio e grandes quantidades de íons magnésio e sulfato.
Néfron modifica o volume e a osmolaridade do líquido
Função primária do túbulo proximal Reabsorção de líquido isosmótico. 
 Alça de Henle filtrado torna se hiposmótico em relação ao plasma. 
 A reabsorção e a secreção determinam a composição final do filtrado. 
Os 180 L de líquido que são filtrados para dentro da cápsula de Bowman a cada dia são quase idênticos em composição ao plasma e quase isosmóticos (cerca de 300 mOsM). Á medida que este filtrado flui pelo túbulo proximal, cerca de 70% do seu volume são reabsorvidos, permanecendo 54 L no lúmen. A reabsorção ocorre quando as células do túbulo proximal transportam solutos para dentro do lúmen, e a água segue por osmose
O filtrado que deixa o túbulo proximal transportam solutos para fora do lúmen, e a água segue por osmose. O filtrado que deixa o túbulo proximal tem a mesma osmolaridade que o filtrado que entrou. 
Após deixar o túbulo proximal, o filtrado passa para a alça de henle, o principal foco de produção de urina diluída. Á medida que passa pela alça de Henle, proporcionalmente é reabsorvido mais soluto que água, e o filtrado torna-se hiposmótico em relação ao plasma. 
A partir da alça de Henle, o filtrado passa para o túbulo distal e para o ducto coletor. Nestes dois segmentos, ocorre uma regulação fina do balanço de sal e de água sob o controle de vários hormônios. O volume e a osmolaridade finais da urina dependem das necessidades do corpo de conservar ou excretar água e soluto. 
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Néfron modifica o volume e a osmolaridade do líquido
A quantidade de qualquer substância excretada na urina depende de como a substância foi manejada durante a sua passagem pelo néfron.
A quantidade excretada é igual a quantidade filtrada para dentro do túbulo, menos a quantidade reabsorvida para o sangue, mais a quantidade secretada para o lúmen do túbulo. 
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Filtração
1º passo na formação da urina.
Filtrado Composição igual à do plasma menos a maioria das proteínas plasmáticas
Filtrado= água + solutos
Sob condições normais, as células do sangue permanecem no capilar, de modo que o filtrado é composto apenas de água e solutos dissolvidos. 
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Filtração
Apenas 1/5 do plasma que flui ao longo dos rins é filtrado para dentro dos néfrons. Os outros 4/5 do plasma, junto com a maioria das proteínas do plasma e as células do sangue, fluem para os capilares peritubulares.
Sob condições normais, as células do sangue permanecem no capilar, de modo que o filtrado é composto apenas de água e solutos dissolvidos. 
A porcentagem do volume total do plasma que é filtrada para dentro do túbulo é denominada fração de filtração. 
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Filtração
A filtração ocorre no corpúsculo renal. 
Corpúsculo renal é formado por capilares glomerulares circundados pela cápsula de Bowman. As substâncias que deixam o plasma precisam passar através de três barreiras de filtração antes de entrar no lúmen do túbulo: o endotélio do capilar glomerular, uma lâmina basal (membrana basal) e o epitélio da cápsula de Bowman. Os detalhes de como funcionam essas barreiras de filtração estão ainda em estudo. 
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Filtração
A primeira barreira é o endotélio capilar. Os capilares glomerulares são capilares fenestrados com grandes poros que permitem que a maioria dos componentes do plasma seja filtrada através do endotélio. Os poros são pequenos o bastante, contudo, para impedir que as células do sangue deixem o capilar. Proteínas negativamente carregadas presentes na superfície dos poros também ajudama repelir proteínas plasmáticas negativamente carregadas. 
As células mesangiais glomerulares ficam entre e ao redor dos capilares glomerulares. As células mesangiais possuem feixes citoplasmáticos de filamentos semelhantes à actina que fazem com que estas células sejam capazes de contrair e alterar o fluxo de sangue pelos capilares. Além disso, as células mesangiais secretam citocinas associadas a processos inflamatórios e imunitários. A alteração da função das células mesangiais tem sido associada a muitas doenças renais.
A segunda barreira de filtração é uma camada acelular de matriz extracelular denominada lâmina basal, a qual separa o endotélio capilar do revestimento epitelial da cápsula de Bowman. A lâmina basal atua como uma peneira grossa, excluindo a maioria das proteínas plasmáticas do líquido que é filtrado através dela. 
A terceira barreira de filtração é o epitélio da cápsula de Bowman. A porção do epitélio da cápsula que circunda cada capilar glomerular consiste em células especializadas denominadas podócitos. 
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O que causa a filtração?
O processo de filtração nos capilares glomerulares é influenciado por três tipos de pressão.
Pressão hidrostática do sangue fluindo ao longo dos capilares glomerulares força o líquido através do endotélio permeável. A pressão sanguínea nos capilares é em média 55 mm Hg e favorece a filtração para dentro da cápsula de Bowman. Embora a pressão decline ao longo do comprimento dos capilares, ela permanece mais alta que as pressões contrárias. Consequentemente, a filtração acontece ao longo de quase todo o comprimento dos capilares glomerulares.
Pressão coloidosmótica dentro dos capilares glomerulares é maior que no líquido da cápsula de Bowman. Este gradiente de pressão é devido à pressão de proteínas no plasma. O gradiente de pressão osmótica é em média de 30 mmHg e favorece o movimento de líquido de volta para os capilares.
A cápsula de Bowman é um espaço fechado, e assim a presença de líquido na cápsula cria uma pressão hidrostática do líquido capsular que se opõe ao movimento de líquido para dentro da cápsula. O líquido filtrado para fora dos capilares deve deslocar o líquido já presente no lúmen da cápsula. 
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Pressão
Pressão Hidrostática
Pressão coloidomóstica
Pressão Hidrostática do líquido capsular
O que causa a filtração?
O que causa a filtração?
Reabsorção
A cada dia 180 L de líquido filtrado passam dos capilares glomerulares para dentro dos túbulos, embora apenas cerca de 1,5 L seja excretado na Urina. 
+ de 99% do líquido que entram nos túbulos precisam ser reabsorvidos para o sangue à medida que o filtrado percorre os néfrons. 
A maior parte dessa reabsorção acontece no túbulo proximal, com uma quantidade menor de reabsorção nos segmentos distais do néfron. A reabsorção regulada no néfron distal permite aos rins devolver íons e água ao plasma seletivamente- quando necessário para manter a homeostase. 
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Reabsorção
Por que se preocupar em filtrar 180 L/dia e depois reabsorver 99% disso?
Por que não simplesmente filtrar e excretar 1% que precisa ser eliminado?
Reabsorção
Duas razões:
Muitas substâncias exógenas são filtradas nos túbulos, mas não são reabsorvidas para o sangue. A alta taxa de filtração ajuda a retirar estas substâncias rapidamente do plasma. 
Filtrar íons e água para dentro dos túbulos simplifica a sua regulação.
Se uma porção do filtrado que alcança o néfron distal não é necessária para manter a homeostase, ela passa para a urina. Com uma alta TFG, esta exreção pode ocorrer de forma bastante rápida. Contudo, se os íons e a água são necessários, eles são reabsorvidos. 
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Reabsorção
Pode ser ativa ou passiva
O filtrado que flui da cápsula de Bowman para o túbulo proximal tem a mesma concentração de solutos do líquido extracelular. Para transportar solutos para fora do lúmen transporte ativo.
A reabsorção de água e solutos do lúmen do túbulo para o líquido extracelular depende de transporte ativo. 
O transporte ativo de NA+ do lúmen do túbulo para o líquido extracelular cria um gradiente elétrico transepitelial no qual o lúmen é mais negativo que o LEC. Os ânions então seguem o NA+, positivamente carregado, para fora do lúmen. O movimento resultante de NA+ e de ânions do lúmen para o líquido extracelular dilui o líquido luminal e aumenta a concentração do LEC, de modo que a água sai do túbulo por osmose. 
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Secreção
Transferência de moléculas do líquido extracelular para o lúmen do néfron.
Depende de sistemas de transporte de membranas. 
A secreção de Potássio e Hidrogênio é importante para a regulação homeostática desses íons. 
Muitos compostos orgânicos são secretados metabólitos produzidos no corpo e substâncias trazidas para dentro do corpo. 
A secreção torna o néfron capaz de aumentar a excreção de uma substância. Se uma substância filtrada não é reabsorvida, ela é excretada com muita eficácia. Se, entretanto, a substância filtrada para dentro do túbulo não é reabsorvida e ela ainda é secretada para dentro do túbulo a partir dos capilares peritubulares, a excreção é muito mais eficaz.
A secreção é um processo ativo porque requer transporte de substratos contra seus gradientes de concentração. A maioria dos compostos orgânicos é transportada através do epitélio tubular para dentro do lúmen por transporte ativo secundário. 
Penicilina
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Excreção
Produção de Urina Resultado de todos os processos que ocorrem no Rim. 
Quando o líquido chega ao final do néfron ele guarda pouca semelhança com o filtrado que iniciou na cápsula de Bowman.
Glicose, aminoácidos e metabólitos úteis desaparecem reabsorvidos para dentro do sangue. 
Resíduos orgânicos mais concentrados. 
Concentração de íons na urina variável dependente do estado do corpo. 
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Excreção
Taxa de excreção de uma substância depende: 
Sua taxa de filtração
Se a substância é reabsorvida, secretada, ou ambas, quando passa pelo túbulo. 
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Micção
Uma vez que o filtrado deixa os tubos coletores já não pode ser modificado, e sua composição não muda. 
Filtrado (urina) flui para a pelve renal e então desce pelo ureter em direção á bexiga urinária com ajuda de contrações rítmicas do músculo liso. 
Na bexiga urinária a urina é armazenada até ser liberada na micção. 
A bexiga pode se expandir até conter um volume aproximado de 500 mL. O colo da bexiga é contínuo com a uretra, um tubo único pelo qual a urina passa para alcançar o meio externo. A abertura entre a bexiga urinária e a uretra é fechada por dois anéis de músculo denominados esfincteres. 
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A micção é um reflexo espinal simples que está sujeito aos controles consciente e inconsciente pelos centros superiores do encéfalo. À medida que a bexiga se enche com urina e suas paredes se expandem, receptores de estiramento enviam sinais via neurônios sensoriais para a medula espinal. Lá a informação é integrada e transferida a dois conjuntos de neurônios. O estímulo de uma bexiga urinária cheia estimula o parassimpático que inerva o músculo liso da parede da bexiga urinária. O músculo liso contrai, aumentando a pressão no conteúdo da bexiga urinária. Simultaneamente, os neurônios motores somáticos que inervam o esfincter externo da uretra são inibidos. 
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