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該如何解釋生物的現象?關於「人體血液循環」的更多討論

活躍星系核_96
・2016/01/20 ・2966字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 546 ・八年級

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作者:蔡任圃(艦長,臺北市中山女高 動物行為與生理學實驗室。)

在期末考這個時候,恰好是進度剛上完,兩個寒假營隊的前夕,終於有一點點時間討論陳老師的這篇文章《體循環與肺循環為何非要這樣連不可?》。陳老師致力於討論式教學,強調思考、辯證,其教育理念與作為正是生物學教育急需提升之處,實為學生的福音,教育界的典範。但此篇文章中有一些學理上值得討論的疑慮,我想要提出來討論,供生物教師思考、參考,也歡迎加入討論。

以下是我將《體循環與肺循環為何非要這樣連不可?》一文中的立論整理如下:

一、人體血液循環為串聯方式的缺點:

1. 後面的器官,養分與氧不足,且可能有前面器官代謝物的毒性問題
2. 只要一個地方斷掉,就全部完蛋了
3. 後面的器官血壓不足

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二、人體血液循環為並聯方式的缺點:

1. 心臟負擔大

三、體循環外演化出肺循環(兩個幫浦)的優點:

1. 可將所有血液進行氣體交換
2. 血壓足夠
3. 證據:某些魚類中,體循環之前有由動脈特化而來的「輔助心臟」
4. 推論:鰓對血壓的要求較高,可能是因為鰓具廣大表面積,需要較大的推動力

四、演化出「肝門靜脈」的可能原因

1. 後端處理器官:小腸吸收的養分先送到肝臟初步的處理(儲存),調節血液中養分濃度的恆定
2. 肝臟解毒:消化器官吸收的有害物質先送到肝臟去解毒
3. 蛋白代謝:消化器官吸收的胺基酸先送到肝臟,製造血漿蛋白

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藍色的血管即為肝門靜脈 Souce: wikipedia

五、肝門靜脈衍生的缺點與解決之道

1. 肝臟養分、氧不足:肝動脈可提供

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六、沒演化出「腸循環」的可能原因

1. 充氧養/少氧血混合(氧分壓下降)會影響氣體交換效率,但充養血/少養血混合(養分濃度下降)對養分的吸收(主動運輸)影響較小

七、沒演化出「腎循環」的原因

1. 丟棄含氮廢物效率的演化壓力較小,不足以演化出串聯

在解釋生物生理或型態特徵時,生物老師(包含我)常用演化的角度,也就是「天擇會留下最佳、最有效率的表徵」作為基礎,找出這些特徵可能的功能,作為其成為「適者」的證據,可是我們也都知道:生命不完美,例如:許多痕跡器官(人體的智齒、闌尾、尾椎可能造成困擾)、有缺陷的結構(人體視網膜的分層順序、只有一個進出口的肺泡、聲波傳遞給內耳時能量會衰減等)。

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闌尾 Source: wikipedia

演化機制一個最常被詬病之處,就是「適者生存」,是適者才能生存,還是生存者即為適者?用結果作為定義,有反因為果、循環論證之虞,這就像是某大學的入學標準為”達入學標準”一樣,邏輯錯誤。事實上,適者生存(survival of the fittest)並非達爾文提出的,而是赫伯特•史賓賽(Herbert Spencer, 1820-1903)在1864年所著之《生物原理(Principles of Biology)》所提出,而達爾文是以「自然選擇」來描述演化的機制。

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人們用演化的角度來解釋生物現象,常常以「只要它有功能或益處,就會演化出來,若無明顯功能或益處,只是我們還未發現」來解釋,所以人們盡其所能的尋找、推論、猜想一個生物現象所有可能的功能或益處,只要找到了,似乎一切就合理了。這樣其實很危險,也不科學!

若尋找出一個生物特徵的可能優點,就可解釋其「為何存在」的話,若尋找出它的可能缺點,不也可證明其「不該存在」,但事實上,所有事物都有缺點,就如同若努力尋找、推論一定找的到其優點,同樣地,也一定找得到缺點。「只找優點」的另一漏洞,就是容易找其他案例證明「也許不需如此」,例如:許多生物並無雙循環或肝門靜脈(例如昆蟲),有些生物具有腎門靜脈(例如魚類、兩生類、鳥爬類),也同樣生存於地球上,為何「他們可以與哺乳類不同」?

「有優點所以演化出來」常犯的另一邏輯上的迷思,就是常「因果不分」,例如:因為鳥類、哺乳類代謝率高,所以需演化出雙循環來支持;還是因為牠們有雙循環,所以有機會演化出高代謝率?(請注意:高代謝率不一定就是好的,全球生物大多是較為節省能量的)。另一例為:鳥類、哺乳類需要有效率的排泄,所以演化出腎臟進行排泄;還是牠們的血壓較高,有機會演化出以過濾作用為基礎的腎臟?(請注意:過濾作用比再吸收與分泌作用還晚出現,昆蟲馬氏管已以再吸收與分泌作用進行排泄)。

若要生命凡事皆要有優點,則會沒完沒了,以此雙循環的討論為例,我們也許可以推論雙循環在氣體交換上的高效率,但,生物為何需要氣體交換,直接演化出核子動力的細胞不是更有效率;或是,為何生命不以能量形式存在,可省去物質代謝、運輸的麻煩?生物的各種特徵,比上不足、比下有餘,永遠不會止於至善,因為「至善」的定義會隨環境而改變,所以「努力尋找生物特徵在天擇下如何幫助物種存活」並非唯一的解釋方式,甚至不是重要的路徑。以科展說明書為例,推論某現象的可能好處,應置於「討論」一章,是容許天馬行空的,但最有價值的,依然是「實驗結果」中所發現的事實(fact)、機制(mechanism)。

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物質科學較無此問題,物理現象的解釋,只要解出其運作機制就可解釋,例如:為何日出東方?只要能瞭解地球自轉與太陽位置就能解釋,但不需要思考日出東方有什麼優點,因為事實就是事實,它沒有目的,「目的論」就是生物老師對演化機制的誤解。我大學上演化課的時候,對兩句話印象深刻:「演化是拼裝師,不是設計師」、「If it can work, Don’t fix it!」,所以生物經演化後的特徵或行為,不一定是最佳,甚至不一定是”好的”(我曾寫過一篇相關的文章)。

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Source: flickr

若是生物的現象不是以WHY的角度,而是以HOW出發,情況就很不同,事實上,演化學也是在解釋演化是如何(how)發生的,而不是討論為什麼(why)。以人體血液循環為並聯方式為例,若以發生機制的角度思考:人體血管系統的發生並不是由心臟延伸發展的,而是由組織先形成血管系統後(Vasculogenesis 與Angiogenesis),才與心臟連結(甚至最早的血管系統發生,是發生在胚外膜,例如卵黃囊與尿囊)。

因此,不同組織器官各自先形成血管系統,再與動、靜脈連結,如此過程,血液循環為並聯方式為必然結果。而肝門靜脈則是由於胚胎發育過程中,左右臍靜脈與左右卵黃靜脈形成後,肝與其他器官(腸胃脾等)在其路徑上逐漸形成,過程中又伴隨著血管的消失,最後由卵黃靜脈形成連結腸/胃/脾—肝的肝門靜脈。[註1]

本文不是要推翻什麼或否定什麼,許多科學的討論並沒有對錯,而是出發點與角度的不同,與是否有事實佐證,尤其陳老師的互動討論式教學法,可幫助學生思考、釐清許多生物學的現象,是我學習的榜樣。在陳老師的基礎上,我提出其他思考或辯證的方向、題材,供各位伙伴參考,不足或錯誤之處,也請各位先進指正。

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備註:

  • 有關胚胎時期血管系統的發生過程,可參考:發育生物學 與 Angiogenesis
  • 註1:有關肝門靜脈的發生過程,可參考:Collardeau-Frachon, S and Scoazec, J-Y. 2008. Vascular Development and Differentiation During Human Liver Organogenesis. the Anatomical Record. 291(6): 614–627. (全文
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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透析後營養補充重點:關鍵營養素讓你遠離肌少症和貧血
careonline_96
・2024/08/28 ・1724字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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「有位 80 歲的伯伯已經洗腎五、六年,因為牙齒不好幾乎以流質食物補充營養,但近期開始出現腸胃不適的狀況,除了拉肚子外,也吃不下東西,在三個月內體重下降 5 公斤,結果有一次伯伯從輪椅站起來的時候跌倒,造成股骨頭骨折,目前還在住院治療。」舒民診所院長王舒民醫師表示,接受血液及腹膜透析除了排除體內的代謝廢物與多餘的電解質外,胺基酸、微量元素、水溶性維生素,如 B1、B6、B12 與葉酸等,也可能在透析過程中流失。

「後來抽血檢驗發現,伯伯血中的白蛋白濃度已從 4.3 mg/dL 降到 3.5 mg/dL 且出現腎性貧血,建議他要適時使用營養補充品。」除了攝取足夠的熱量、蛋白質,需要補充維生素 B12、葉酸、肉酸與牛磺酸等重要營養素,有助於維持肌肉張力,減少跌倒或者住院的風險。

透析對患者有何影響
圖/照護線上

倘若蛋白質和熱量攝取不足,身體就會開始消耗體內肌肉蛋白根據統計約有一半的慢性腎臟病患者會面臨「蛋白質-熱量耗損」的問題,患者可能出現噁心、嘔吐、體重減輕等狀況。蛋白質-熱量耗損當然會影響生活的品質,會使病人的住院率、死亡率上升。對慢性腎臟病患者而言,蛋白質-熱量耗損是重要的預後指標。

「每次血液透析約會流失 6 至 8 克蛋白質,如果沒有適當補充蛋白質,讓身體長期處於營養的負平衡,可能導致肌肉萎縮、肌少症,並衍生一些不必要的併發症。」王舒民醫師提到,近年來因透析患者罹患肌少症而導致死亡率增加故非常受到重視,提醒透析患者必須攝取足夠蛋白質,建議攝取量為每天每公斤體重 1.0-1.2 公克;熱量攝取也非常重要,建議攝取熱量是每天每公斤體重 30 至 35 大卡。以體重 60 公斤腎友為例,每天需要攝取 1800 至 2100 大卡,如果無法攝取足夠熱量,可以適時補充營養品,營養品內會添加維生素及微量元素,對於患者來說也很方便。

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洗腎患者要避免蛋白質熱量耗損
圖/照護線上

透析患者營養補充重點提醒

王舒民醫師建議透析患者可以選擇高熱量、高蛋白質含量、富含肉酸及牛磺酸、維他命 B12、葉酸的營養品。「由於透析患者容易出現腎性貧血,可能影響生活品質、增加住院及死亡率,建議補充維生素 B12、葉酸,幫助紅血球生成,維持好氣色。脂肪攝取責建議選擇不飽和脂肪酸,減輕身體的負擔。

補充肉酸能幫助血紅素合成,降低紅血球生長激素施打的劑量。血紅素上升可以改善病人的生活品質、減少心臟的負擔。若病患要使用營養品,請務必跟醫師、營養師討論,確認配方是否適合。

透析患者要如何補充營養品
圖/照護線上

貼心小提醒

慢性腎臟病患在洗腎前跟洗腎後,一定要調整攝取蛋白質的觀念。王舒民醫師表示,在洗腎之前,蛋白質攝取量約為每天每公斤體重 0.8 公克,以減少腎臟負擔,延緩腎臟功能的惡化。開始洗腎後,就要調整蛋白質攝取量至每公斤體重 1.0-1.2 公克。

若無法攝取足夠的熱量、蛋白質,可適時使用營養補充品。醫師提醒維生素 B12、葉酸、肉酸與牛磺酸等皆是重要營養素,能幫助腎友維持代謝與活力,改善生活品質!

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心房顫動提高中風風險?心房顫動有哪些警訊?如何治療?
careonline_96
・2024/04/12 ・2546字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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「有一位 40 歲的男士,因為左腰痛來到急診室。」新竹馬偕醫院心臟內科林柏霖醫師表示,「檢查發現,居然是心房顫動造成的血栓流到腎動脈,而造成腎臟中風。」

經過醫療團隊緊急手術,取出左腎動脈裡的血栓,成功保住了腎臟。林柏霖醫師說,為了避免心房顫動持續形成血栓導致嚴重併發症,建議患者要積極處理。該患者選擇接受冷凍導管消融術,順利恢復正常心律,也預計未來再度中風的風險會降低。

心房顫動為臨床常見的一種心律不整,好發在 65 歲以上的中老年人身上,因此隨著台灣人口老化的趨勢,患病人口的比例也越來越高。林柏霖醫師說,高血壓、高血脂、糖尿病、心肌梗塞、心臟衰竭等皆是引起心房顫動的危險因子。另外,像是甲狀腺亢進、肥胖、睡眠呼吸中止症也會增加心房顫動的風險。

心房顫動是心房受到異常電訊號刺激而出現快速且不規則收縮,在台灣的盛行率大概是 1% 至 2%。林柏霖醫師表示,心房顫動發作時大約 20% 的病人沒有明顯症狀,所以完全不曉得自己的心律有問題。由於心室收縮的速率可能忽快忽慢,患者可能出現心悸、胸悶、頭暈、虛弱無力、呼吸急促等症狀。

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同時心房顫動可能導致血液滯留,而漸漸形成血塊。林柏霖醫師解釋,當血塊脫落,隨著血液流出心臟,就會造成嚴重併發症。比如血塊流入冠狀動脈,會造成心肌梗塞;血塊流入腦部,會造成腦中風;血塊流入腎臟,會造成腎中風;血塊流入腸系膜,會造成腸中風;血塊流入四肢,會造成肢體中風。這些併發症都相當棘手,可能導致失能,甚至危及性命。

林柏霖醫師強調:「心房顫動會大幅提高中風的風險,最好能早期發現,早期介入治療!」

民眾可以透過例行性健檢中的心電圖診斷心房顫動,不過尚有部分患者屬於陣發性心房顫動,偶而發作後過一陣子又恢復正常心律。林柏霖醫師說,若必要時可使用 24 小時連續心電圖或是植入式心律監測器,長時間紀錄心律,才能夠正確診斷。目前則有些智慧型穿戴裝置亦提供測量心電圖的功能,若發現心律異常的狀況,務必盡快就醫,由心臟科醫師進行判讀。

積極治療心房顫動,才能降低中風風險

心房顫動的治療方式,可以用 ABC 口訣來說明。林柏霖醫師說,A 是 Anticoagulant(使用抗凝血劑);B 是 Better Rhythm Control(積極控制心律);C 是 Comorbidity(治療共病症),針對心房顫動患者,必須同時治療各種共病症,例如高血壓、高血脂、糖尿病等。

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使用抗凝血劑,能夠避免形成血液形成血栓。林柏霖醫師說,在控制心律方面可以用藥物或手術的方式來治療心律不整,手術方式包含傳統電氣燒灼術與新式冷凍導管消融術。

心房顫動手術治療是以心導管的方式進行。林柏霖醫師說明:在接受半身麻醉後,醫師會從患者鼠蹊部的股靜脈穿刺,放入導管延伸到右心房,再從右心房穿刺進入左心房。

由於導致心房顫動的異常電訊號大多來自肺靜脈,所以手術目的就是阻隔異常電訊號的傳遞。林柏霖醫師解釋,傳統電氣燒灼術是在肺靜脈周圍進行點狀燒灼,而冷凍消融術是使用冷凍球囊,利用低溫造成連續性電訊號的破壞。

「傳統電氣燒灼術是以導管前端,沿著肺靜脈開口周圍,一點一點地進行燒灼。利用熱能讓局部組織發生凝固性壞死,阻斷電訊號。」林柏霖醫師說,「新式冷凍導管消融術,是將一個球囊放入肺靜脈,接著注入液態的冷凍劑,讓球囊的溫度下降到攝氏零下 30 度至 50 度,造成一圈連續性的冷凍損傷阻隔異常電訊號。冷凍導管消融術的優勢在於手術時間約可縮短一半,大約兩個小時左右。因為手術時間短,安全性就會提高,也可以降低病人在手術過程中,因為時間過久而感到不適的發生。但還是提醒,若病患面臨術式的選擇,必須根據自身狀況和醫師討論,才能選擇最適合患者的方案!」

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「針對心房顫動,一定要及早發現、及早治療。」林柏霖醫師說。

年紀較大、具有危險因子的民眾要注意自己的心律是否規則,定期檢查才能及早發現問題。一旦發現有心房顫動,特別是陣發性心房顫動或者已經造成症狀的心房顫動,都要積極介入治療,利用藥物或手術的方式,將心房顫動的問題根除。

貼心小提醒


心房顫動發作時可能沒有明顯症狀,但是心房顫動會造成 5 倍以上的中風機率,是個非常需要重視的疾病。林柏霖醫師叮嚀,建議大家平時要好好控制血壓、血脂、血糖,維持規律運動及正常作息,避免抽菸、喝酒。

如果出現心悸、頭暈、胸悶、無力、呼吸急促等症狀,便要盡快就醫。早期發現、早期治療心房顫動才能降低中風的機會!

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各種血球都缺乏,罕見的血液疾病——「再生不良性貧血」治療與保健提醒
careonline_96
・2023/12/19 ・2271字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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「那是個 20 多歲的大學生,來到急診的時候已經有嚴重的細菌感染。」成大醫院內科部血液科李欣學醫師表示,「抽血檢查發現患者的白血球、紅血球、血小板數量都嚴重偏低,後續確定診斷為嚴重再生不良性貧血。」

經過詢問,患者在就醫前已經一段時間容易頭暈,也沒特別在意,只有自行吃了一些號稱可以補血的東西,直到發生嚴重感染才就醫,狀況相當危急。李欣學醫師說,貧血的原因很多,在發現血球數量低下時,一定要至血液科就診,找出病因,並接受正確的治療。

再生不良性貧血(aplastic anemia)和一般貧血不同。再生不良性貧血是因為骨髓失去造血功能,導致紅血球、白血球、血小板數量都明顯偏低。李欣學醫師說,做骨髓檢查便會發現骨髓都空空的,原本應該存在的造血細胞已不見蹤影。

我們的血球具有不同的功能,當血球數量太少時,便會造成各種問題。缺少紅血球,患者可能出現頭暈、臉色蒼白、呼吸急促、容易疲倦等症狀;缺少白血球,患者便容易遭到感染;缺少血小板,患者的皮膚常會出現瘀青、出血點,也會有流血不止的狀況。各種血球的數量越少,相關症狀會越嚴重,甚至危及性命!

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再生不良性貧血是一種罕見的血液疾病,有兩個好發的年齡層,分別是 10 至 25 歲的族群,或是 50、60 歲以上的中老年人。李欣學醫師說,再生不良性貧血可能與病毒感染、基因遺傳、免疫失調、輻射曝露、有毒化學物質有關,但是絕大多數的病患都很難找到明確的因果關係。

在台灣每年大概會出現一百多個再生不良性貧血案例,民眾對此也較不熟悉,所以容易延誤就醫。李欣學醫師說,患者來到醫院時可能已經有嚴重感染,狀況比較危急。

臨床上有許多狀況都會導致血球數量低下,民眾如果在抽血時發現血球數量異常,建議找專業的血液科醫師仔細檢查評估,以找出血球低下的原因。李欣學醫師說,「千萬不要自行服用號稱可以補血的食品或藥物,以免延誤病情!」

嚴重再生不良性貧血必須積極治療

李欣學醫師說,再生不良性貧血在診斷時,醫師會根據患者血球低下的程度還有骨髓裡面的細胞量,來區分嚴重程度並決定其治療,根據國際上的共識,針對無症狀的輕度再生不良性貧血患者,有些僅需持續追蹤觀察,或進行輸血等支持性治療。

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但嚴重再生不良性貧血的患者,因為他們的白血球數量若低於 500/ul(正常值 4000 至 10000/ul),發生感染的機會相當高,血小板數量若低於 2 萬/ul(正常值 15 萬至 45 萬/ul),也會增加出血的風險,嚴重的更有可能危及性命,因此,一定要盡速積極介入治療。

在治療嚴重或非常嚴重再生不良性貧血時會考慮幾個部分。李欣學醫師說,首先要評估患者是否適合做造血幹細胞移植,假使患者較年輕且在兄弟姐妹中有適合的捐贈者,應該要儘快去做造血幹細胞移植。一般認為,造血幹細胞移植對 40 歲以下的患者來說是首選。

假使是年紀較大的患者,或是尚未找到合適的捐贈者時,則應考慮使用免疫抑制療法,利用抗胸腺細胞免疫球蛋白搭配免疫抑制劑來抑制不正常的免疫反應,可以幫助正常的造血幹細胞長回來,血球數量便能夠逐漸恢復。近年來在再生不良性貧血的一個重要進展,則是發現促血小板生成藥物,不論是單獨使用或搭配免疫抑制療法,都可以有助造血幹細胞和血球數量的恢復,對患者很有幫助。

再生不良性貧血患者在接受治療後,可能還需要經過一段時間血球數量才能逐漸回升,所以在日常生活中仍需要小心照護。李欣學醫師說,白血球低下時容易受到感染,請戴口罩、多洗手、避免出入公共場合、避免生食等。

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血小板低下時容易流血不止,請避免劇烈運動、使用軟毛牙刷避免牙齦出血、飲食方面要攝取充足纖維避免便秘。請務必依照指示服藥並按時血液科門診追蹤!

筆記重點記起來

  1. 再生不良性貧血是因為骨髓被自己的免疫系統攻擊而失去造血功能,導致紅血球、白血球、血小板數量都明顯偏低。
  2. 再生不良性貧血患者容易出現流血不止、嚴重感染的狀況,危及性命。
  3. 嚴重或非常嚴重再生不良性貧血患者需要積極接受治療,治療方式包括支持性療法、造血幹細胞移植、免疫抑制療法、促進血小板生成藥物等,可以有效恢復血球數目。
  4. 再生不良性貧血患者在接受治療後,需要經過一段時間血球數量才能逐漸回升,請務必按時回診,小心照護。
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