Il rene è l'organo chiave nel mantenimento dell'omeostasi dell'organismo grazie alla sua capacità di eliminare in modo selettivo e nella quantità più opportune i liquidi ed i soluti in eccesso.Tale funzione si basa su tre meccanismi principali che sono la filtrazione, il riassorbimento e la secrezione i quali determinano nel loro insieme l'entità dell'escrezione dei singoli soluti. Sebbene un'abbondante filtrazione garantisca un ampio turnover ed una clearance dei liquidi extracellulari fondamentale in un organismo con uno spiccato metabolismo, tale fatto potrebbe portare ad una eccessiva eliminazione di soluti particolarmente importanti come il sodio ed i bicarbonati; proprio per questo motivo il processo di riassorbimento è modulato sulla base della quantità di filtrato glomerulare prodotto e aumenta all'aumentare di quest'ultimo.Ogni sostanza, inoltre, è soggetta ad una specifica regolazione; ad esempio, i livelli di sodio e calcio sono mantenuti costanti principalmente grazie alla fase di riassorbimento, mentre nel caso del potassio l'escrezione con le urine è determinata soprattutto dal processo di secrezione, in quanto filtrazione e riassorbimento si annullano virtualmente l'uno con l'altro. I capillari glomerulari hanno una frazione di filtrazione del 25%, cento volte maggiore di quella degli altri capillari sistemici. I principali fattori che influenzano questo processo sono le resistenze dell'arteriola afferente e di quella efferente e l'area della superficie deputata alla filtrazione. Un aumento del tono dell'arteriola afferente determina una riduzione del flusso plasmatico, ma ancor più del filtrato glomerulare; al contrario, una vasocostrizione dell'arteriola efferente causa una riduzione del solo flusso plasmatico, senza intaccare il volume filtrato, anzi si assiste ad un aumento della frazione di filtrazione che a sua volta promuove il riassorbimento prossimale di soluti. Infine, una riduzione della superficie deputata alla filtrazione provoca esclusivamente una riduzione del filtrato.Il rene è dotato di un meccanismo di autoregolazione che consente, nell'ambito di una pressione di perfusione compresa tra 80 e 160 mmHg, di mantenere relativamente costante il flusso plasmatico e quindi il filtrato glomerulare, indipendentemente dalle variazioni dei valori di pressione arteriosa. Due sono i processi principali alla base di questo meccanismo: un riflesso miogenico intrinseco che consente di ridurre selettivamente le resistenze vascolari nella circolazione preglomeulare, qualora si verifichi una riduzione della pressione di perfusione (Genetic Diseases of the Kidney, Haberle 1998), ed un feedback tubuloglomerulare tale per cui i livelli di cloruro di sodio che raggiungono la macula densa di un dato nefrone, espressione dell'entità del riassorbimento prossimale, determinano, all'interno del medesimo nefrone, cambiamenti a livello del tono arteriolare, del flusso plasmatico e della filtrazione glomerulare. Il trasporto di soluti attraverso l'epitelio tubulare avviene principalmente mediante processi attivi, che sfruttano in molteplici modi l'energia ricavata dall'idrolisi dell'ATP, ottenuto usando substrati metabolici diversi nei vari segmenti dei tubuli. Possiamo distinguere un trasporto attivo primario nel quale l'energia necessaria viene ricavata direttamente dall'idrolisi dell' ATP (ad esempio la Na+/K+ ATPasi, la H+ ATPasi o la Ca++ ATPasi) ed uno secondario, che sfrutta invece come fonte di energia il gradiente elettrochimico determinato da un trasporto attivo primario. Per esempio, nel tubulo contorto prossimale la Na+ K+ ATPasi posta a livello della membrana basolaterale sfrutta l'ATP prodotto per trasportare tre molecole di sodio all'esterno e due molecole di potassio all'interno; così facendo si viene a creare a livello della membrana plasmatica apicale un gradiente che può essere utilizzato per il trasporto nella stessa direzione (cotrasporto, ad esempio sodio-glucosio) o in direzione opposta (controtrasporto, ad esempio sodio-protoni) di un dato soluto.In questo senso, i trasportatori posti sul versante apicale diventano il target della regolazione ormonale e la loro attività viene incrementata o ridotta a seconda delle esigenze dell'organismo; per esempio in caso di deficit di fosfato si ha un potenziamento del cotrasporto accoppiato al sodio, in caso di acidosi metabolica si assiste invece al coinvolgimento di più trasportatori: controtrasporto sodio-protoni (assorbimento del bicarbonato, escrezione di ammonio), cotrasporto sodio-citrato (conservazione delle basi), cotrasporto sodiofosfato (sistema tampone urinario), cotrasporto sodio-solfato (aumento della concentrazione distale di anioni non assorbibili per promuovere la secrezione di protoni), cotrasporto basolaterale sodio-bicarbonato (passaggio di basi nel plasma). Il sodio ed il potassio, i principali cationi rispettivamente intracellulare ad extracellulare, possono essere presi come modelli per porre l'accento sui complessi meccanismi di regolazione attraverso i quali il rene garantisce l'omeostasi dell'organismo.