Diffusion och osmos. Alla som någon gång stått på en akutmottagning och funderat över hur snabbt man kan korrigera en hyponatremi utan risk för pontin myelinolys har en viss känsla för det existentiella hotet att vatten via osmos ska forsa ut ur hjärncellerna.

»Från fisk till filosof« är en hel bok om det centrala problemet att upprätthålla osmosen. Den berättar hur organismer utvecklat förmågan att förflytta sig mellan salt- och sötvatten, och vatten och land, utan att sprängas eller skrynklas ihop av osmos. 

Enligt Homer Smith, njurfysiologins fader, som skrivit boken, är det njuren som är själva fundamentet för vår existens, på grund av sin roll i regleringen av salt- och vattenbalansen (osmolariteten). »Från fisk till filosof« är en av medicinhistoriens mest klassiska böcker, en filosofisk betraktelse, men framför allt en fysiologisk beskrivning, av njurens evolutionära utveckling.

Att njuren är lika viktig för livet på land som lungorna är något som alltför ofta glöms bort. Den här artikeln är ett försök att sammanfatta Smiths idéarv och orientera läsaren mot en mer nefrocentrisk världsbild.

Den evolutionära skapelseberättelsen enligt Homer Smith lyder som följer: I begynnelsen var tillvaron iso-osmotisk. De första organismerna utvecklades i saltvatten (med oklar salthalt). Alla kända havslevande ryggradslösa djur är iso-osmotiska, det vill säga har samma salthalt som omgivande havet, och något behov av saltvattenreglering fanns troligen inte då dessa djur var de enda som fanns. Njuren hos dessa ryggradslösa djur bestod i början bara av en primitiv »tubulus«, som utsöndrar restprodukter ur kroppen som inte kan diffundera.   

Att utsöndra restprodukter var alltså från början njurens funktion, men de senare livsviktiga funktionerna, att utsöndra salt och att utsöndra vatten, uppstod med de mer avancerade ryggradsdjuren, som troligen hade behov av att upprätthålla en mer konstant inre miljö (konstant osmolaritet) för att celler, muskler och nerver skulle fungera även när organismen flyttade sig till en miljö med annan salthalt.  

Miljöbyte från saltvatten till sötvatten är ett osmotiskt problem. De första sötvattenlevande fiskarna (med ryggrad), ostracodermerna, hade ett hårt skal – till skydd mot yttre fiender, skulle man kunna tro. Enligt Homer Smiths hypotes var den största yttre fienden dock inte andra fiskar utan själva sötvattnet, som hotade att invadera den salthaltiga varelsen med osmos. Skalet skyddade alltså mot inflöde av vatten, så att organismen inte skulle sprängas av osmos. 

En viss salthalt måste finnas för att nerver och muskler ska fungera – i sötvatten är organismen därför hyperosmolär jämfört med det omgivande vattnet. I sötvatten måste vi alltså skydda oss mot den invaderande vätskan, och samtidigt spara salt, eftersom salthalten i det vatten som dricks är för låg. Sötvattenproblemet består i att bli av med vätska, samtidigt som man sparar salt.

Även om ostracodermerna hade ett vatten­tätt pansar, kunde de inte undgå
exponering för sötvatten då de svalde mycket vatten vid intag av föda. Lösningen för att bli av med överskottsvatten blev glomeruli, som alltså bildats redan hos ostracodermerna. Vatten behöver pumpas ut ur kroppen, och en pump tillhandahölls redan då i form av hjärtat – som tillsammans med glomeruli ser till att överskotts­vatten kan avlägsnas. Att all vätska filtreras ut via glomeruli, men att ämnen och vätska som ska sparas sedan reabsorberas via tubuli, löser problemet att bli av med vätska utan förlust av salt.

Att filtrera så mycket vätska, och där­ifrån åter fiska upp det som behövs, är en så dum och ineffektiv konstruktion att den för Homer Smith bevisar att ryggradsdjuren måste ha utvecklats i sötvatten. (I dag är sötvattensursprunget omtvistat, men Smiths argument ansågs länge stödja den hypotesen.) Det finns ingen annan rimlig anledning att ha utvecklat glomeruli förutom att pumpa ut stora mängder »överskottsvatten«, ett problem som bara finns i sötvatten.

I havsvatten blir problemet det omvända, då det i stället råder överskott på salt. Även om de ryggradslösa organismerna var iso-osmolära med havsvatten så är alla kända ryggradsdjur hypo-osmolära jämfört med havsvatten, och det är ett överskott av salt som ska utsöndras. Då  fyller inte längre glomeruli någon snillrik funktion.

Att glomeruli inte är nödvändiga för livet i saltvatten bevisas av att det finns aglomerulära fiskar (alltså utan glomeruli) som fortfarande simmar runt i våra hav, tillgängliga för forskare att studera. Vad har vi lärt oss av att studera dem?

Länge visste man inte om tubulär sek­retion existerade. Tubuli reabsorberade ämnen, javisst, men det var länge omtvistat om tubuli även hade sekretion av ämnen. Det slutgiltiga beviset kom via studier av aglomerulära fiskar. Även hos dessa hittades nämligen kreatinin i urinen – onekligen ett bevis på att kreatinin inte enbart utsöndras via glomeruli. Den aglomeru­lära fisken var dock ett evolutionärt blindspår dömd att leva enbart till havs, medan den evolutionära gren som utvecklat glomeruli hade förutsättningarna att utvecklas vidare.

Om vattenbalansen i vatten var komplicerad, så är det nämligen ingenting mot hur komplicerad vattenbalansen är i frånvaro av vatten.

Lungfiskar, som fortfarande finns i vissa delar av Afrika, var de första i evolutionen som klarade långa perioder på land utan tillgång till vatten. De lever i miljöer där regn och gyttja växlar med perioder av total torka. Ibland måste de överleva i torka i åratal i väntan på att regnet ska komma igen.

Hur klarar då lungfisken vattenbalansen? Vattenförlusterna från huden minimeras när de täcks av intorkad lera. Samtidigt går de i dvala, med minimal andningsfrekvens och metabolism. Den kvarvarande vattenförlusten från andningen är så låg att den kompenseras av den endogena metabola produktionen av vatten.

Till skillnad från människan kan lungfisken även stänga av sin urinproduktion under fastan utan att bli förgiftad, trots att den i högsta grad blir uremisk, med en ureahalt som ökar kraftigt på grund av nedbrytning av protein. När regnet slutligen kommer sväller den initialt upp som en ballong igen, på grund av att all ureaackumulation gör att den drar till sig vätska via osmos. Men så snart njurens urinproduktion är igång igen utsöndrar glomeruli både urea och överskottsvätska och lungfisken antar sina normala proportioner igen.

Nästa led i förmågan att leva på land, efter lungor, representerar amfibierna, som utvecklat ben att förflytta sig med. I stället för att vänta på regnet kunde de nu själva kravla sig från vattenpöl till vattenpöl, men de levde fortfarande en stor del av sitt liv i vatten.

Amfibierna var anpassade till växlingarna mellan vatten och land genom sin vattengenomsläppliga hud – som allt efter behov kunde både absorbera och utsöndra vatten. Att hudens vattenpermeabilitet styrdes via antidiuretiskt hormon (ADH) var inte känt när boken skrevs, men Smith spekulerade helt korrekt i att det var just detta hormon som verkade. Dessutom nämnde han att amfibiernas hud inte bara kunde absorbera vatten utan även salt från omgivningen, som ett slags omvänd svettning. Vad som reglerade detta var inte heller känt då, men visade sig senare vara RAAS-systemet.

Om organ får definieras som funktion snarare än anatomisk lokalisation, så kan man säga att amfibiernas hud som helhet var som en enda stor njure.

Njuren som vi slutligen känner den, med alla funktioner på sin anatomiska plats, uppstod hos däggdjuren.

Däggdjuren var de första med förmåga att utsöndra en koncentrerad hyper­osmolär urin. Att kunna koncentrera sin urin är en förutsättning för att inte behöva dricka precis hela tiden när man lever på land. Däggdjurens varmblodighet medförde ökat blodflöde till njuren, vilket ökade den glomerulära filtrationen (GFR) jämfört med tidigare arter. För att ökad filtration inte skulle leda till ökad vätske­förlust ökade även kravet på att kunna
reabsorbera vatten, det vill säga koncentrera urinen. Detta ledde slutligen till de höga filtrationsflöden, med hög reabsorp­tion, som ses i den mänskliga njuren, som med till exempel en GFR på ca 90 ml/min (= 90 × 60 × 24ml/dygn), via glomeruli filtrerar ca 130 l primärurin/dygn, varav dock cirka 99 procent vätska återreabsorberas i tubuli och samlingsrör så att bara 1–2 l utsöndras till urinblåsan.

Det som särskiljer däggdjurens njure anatomiskt är främst förekomsten av Henles slynga, som är unik för däggdjuren och förutsättningen för att kunna koncentrera urinen. (Exakt hur Henles slynga i närvaro av ADH bestämmer den slutliga urinmängden/koncentrationen, besparar jag läsaren, då de flesta av Läkartidningens läsare kan förutsättas ha passerat T3 på läkarutbildningen.)

Alkohol hämmar ju som bekant ADH, och Smith bildar oss genom att upplysa om att intag av 1 ml alkohol ger en utsöndring av ca 10 ml vatten, vilket gör att folköl med en alkoholhalt på 4,6 procent inte är dehydrerande, men att däremot en outspädd whiskey är dehydrerande (gränsen går vid 10 procent alkohol).

Sammanfattningsvis har evolutionen utvecklat en njure som trots männi­skans varierande saltintag, 0,5–30 g per dag, och varierande vattenintag, 0,5 till >10 l, klarar att hålla en konstant P-osmolaritet (275–300) genom att variera urinosmolariteten (50–1 400) beroende på om överskott av salt eller huvudsakligen vatten behöver utsöndras. En del andra däggdjur klarar större variationer än så.

Det som särskiljer människan från övriga däggdjur är inte någon överlägsen njure, utan enligt Smith i stället det avancerade nervsystemet med medvetandet samt inlärningsförmågan. Utmärkande för människan är dock inte att vi kan lära oss saker – andra djur kan också lära sig – utan det unika är att vi lärt oss hur vi lär oss. En stor del av vad det innebär att vara människa är enligt Smith det ackumulerade kunskapsarvet.  

Och om njuren är fundamentet för vår existens, så får man väl i förlängningen också se det som att det måste vara den ackumulerade kunskapen om njuren – nefrologin – som är skapelsens krona.