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* Metabolismo Ácido-Base * O íon hidrogênio (H+) é o íon mais importante nos sistemas biológicos A [H+] nas células e líquidos biológicos influencia a velocidade das reações químicas, a forma e função das enzimas assim como de outras proteínas celulares e a integridade das células Íon hidrogênio A [H+] nas células e líquidos biológicos deve estar em torno de 0,4nM (0,4x10-7) 80mM de íons hidrogênio são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo por dia. * Ácidos Conceito de Arrhenius: Ácido é toda substância que em solução aquosa libera como cátion o íon hidrogênio (H+). Ex.: HCl + H2O H3O+ + Cl- Conceito de Brönsted e Lowry: Ácido é um doador de prótons, um substância que pode transferir um próton para outra. * Bases Conceito de Arrhenius: Base é toda substância que em solução aquosa se dissocia liberando ânion oxidrila (OH-). Ex.: NaOH + H2O Na+ + OH- Conceito de Brönsted e Lowry: Base é um receptor de prótons. Um ácido pode transferir um próton para uma base. Ex.: NH3 + H2O NH4+ + OH- * Ácidos e Bases CH3-COOH + H2O CH3-COO - + H3O+ (ácido) (base) O íon acetato é a base conjugada do ácido acético O ácido acético é o ácido conjugado do íon acetato O íon hidrônio é o ácido conjugado da água A água é a base conjugada do íon hidrônio Ácidos aumentam a [H+] de uma solução aquosa e bases a diminuem * Dissociação da água e seus produtos iônicos H2O + H2O OH - + H3O+ A água funciona tanto como ácido quanto como base Lei da ação das massas: K = [ H3O+] [OH -] = [ H3O+] [OH -] [H2O] [H2O] [H2O]2 K.[H2O]2 = Kw = [ H3O+] [OH -] = 10-14 Na água pura a [H+] é igual a [OH-] que é igual a 10-7 * Potencial hidrogeniônico (pH) A [H+] de uma solução é quantificada em unidades de pH O pH é definido como o logarítmo negativo da [H+] pH = -log [H+] A escala de pH varia de 1 até 14, uma vez que qualquer [H+] está compreendida na faixa de 100 a 10-14. * Homeostasia é a constância do meio interno pH x homeostasia equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre remoção desses íons do organismo. o organismo dispõe de mecanismos para manter a [H+] e, conseqüentemente o pH sangüineo, dentro da normalidade, ou seja manter a homeostasia . pH do Sangue Arterial 7,4 7,0 7,8 Faixa de sobrevida Acidose Alcalose pH normal * Fontes de H+ decorrentes dos processos metabólicos Powers,S.K. e Howley, E.T., Fisiologia do Exercício, (2000), pg207 Fig11.3 Metabolismo aeróbico da glicose Metabolismo anaeróbico da glicose Ácido Carbônico Ácido Lático Ácido Sulfúrico Ácido Fosfórico Corpos Cetônicos Ácidos H+ Oxidação de Amino ácidos Sulfurados Oxidação incompleta de ácidos graxos Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas * Medidas de pH Eletrométrico Colorimétrico pHmetro Lavar o eletrodo e secar com papel absorvente Padronização feita com soluções de pH abaixo e acima do que vai ser medido Potenciômetro mede [H+] diferença de potencial elétrico entre duas soluções indicadores Indicador-H H+ + Indicador (Cor A) (Cor B) * Indicadores de pH Indicadores de pH são substâncias (corantes) utilizadas para determinar o valor do pH Exemplos Metil-violeta pH 0 2 4 6 8 10 12 A Violeta Tornassol Amarelo Azul incolor Vermelho Violeta Fenolftaleína * Os Sistemas Tampões Tampão » qualquer substância que pode, reversivelmente, se ligar aos íons hidrogênio. » Soluções formadas por um ácido fraco e sua base conjugada ou por um hidróxido fraco e seu ácido conjugado Tampão + H+ H+Tampão TampãoH+ + OH- H2O + Tampão * COMPOSIÇÃO E AÇÃO DAS SOLUÇÕES-TAMPÃO Um tampão resiste ás variações no pH porque ele contém tanto espécies ácidas para neutralizar os íons OH- quanto espécies básicas para neutralizar os íons H+. As espécies ácidas e básicas que constituem o tampão não devem consumir umas às outras pela reação de neutralização. Exigência preenchida por um par ÁCIDO-BASE CONJUGADO CH3COOH / CH3COO- NH4+ / NH3 ou * Exemplos de Tampões CH3-COOH + CH3-COONa Acetato Bicarbonato H2CO3 + NaHCO3 Fosfato H2PO-4 + NaHPO4 Amônia NH4OH + NH4Cl * CAPACIDADE DE TAMPÃO E pH Características de um tampão: CAPACIDADE pH * CAPACIDADE DE TAMPÃO É a quantidade de ácido ou base que um tampão pode neutralizar antes que o pH comece a variar a um grau apreciável. Depende da quantidade de ácido e base da qual o tampão é feito. * pH Depende de Ka para o ácido e das respectivas concentrações relativas de ácido e base que o tampão contém. Quanto maior as quantidades do par ácido-base conjugado, a razão de suas concentrações, e, conseqüentemente, o pH se tornam mais resistentes às mudanças. * Equação de Henderson-Hasselbalch HA H+ + A- Ka = [H+] [A-] [HÁ] H+ = Ka . A- HA H + = Ka . A- HA H+ 1 = 1 Ka . A- HA H+ 1 = 1 Ka A- HA log log + log pH = pKa A- HA + log Aceptor de H+ Doador de H+ (sal) (ácido) pH = 6,1 + log HCO3- 0,03PCO2 (Tampão Bicarbonato) * SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue. SISTEMA TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO H2CO3 / HCO3- : são um par ácido base conjugado. * SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO Equilíbrios importantes no sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato: CO2: um gás que fornece um mecanismo para o corpo se ajustar aos equilíbrios. A remoção de CO2 por exalação desloca o equilíbrio para a direita, consumindo íons H+. * SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO Os principais órgãos que regulam o pH do sistema tampão ácido carbônico-bicarbonato são pulmões e rins. Alguns dos receptores no cérebro são sensíveis às concentrações de H+ e CO2 nos fluídos corpóreos. Quando a concentração de CO2 aumenta, os equilíbrios deslocam-se para a esquerda, o que leva à formação de mais H+. Os receptores disparam um reflexo para respirar mais rápido e mais profundamente, aumentando a velocidade de eliminação de CO2 dos pulmões e deslocando o equilíbrio de volta para a direita. Os rins absorvem ou liberam H+ e HCO3-; muito do excesso de ácido deixa o corpo na urina, que normalmente tem pH de 5,0 a 7,0. * Fisiologia Objetivo do Metabolismo ácido-base: manter a [H+] em limites estreitos Alterações na [H+] prejudicam as funções celulares e enzimáticas Definições: Ácido: substância que doa H+ Base: substância que recebe H+ Tampão: Sistema de Ácido + Base que minimiza alterações na concentração de H+ livre * Fisiologia Principais ácidos do corpo: Ácido volátil: CO2 Originado na respiração celular (20.000 mEq/dia) CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- Ácidos não voláteis: Originados do metabolismo (70 mEq/dia) Ác. Fosfórico ácidos nucleicos e proteínas Ác. Sulfúrico aminoácidos sulfurados Cetoácidos lipídeos * Fisiologia Linhas de defesa para controle da [H+] Sistemas Tampão (instantâneo) Eliminação de CO2 pulmonar (minutos a horas) Componente renal (horas a dias) * Fisiologia Sistemas Tampão Bicarbonato (HCO3) Proteínas plasmáticas de Hemoglobina Fosfato Amônia Proteínas Intracelulares Ossos * Sistemas Tampão Bicarbonato Principal sistema tampão plasmático Funciona basicamente como controle imediato da alteração do H+: Esse tamponamento é limitado, já que em pouco tempo depleta os estoques de HCO3 do organismo Logo, cabe ao rim a regulagem ácido-básico a longo prazo, basicamente excretando H+ e regenerando HCO3 Excesso de H+ Pulmões H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O * Sistemas Tampão Proteínas Têm vários radicais que pordem absorver ou liberar H+ De um modo geral, têm cargas negativas, logo atuam preferencialmente recebendo H+ (ou seja, são bases) Albumina é o principal tampão proteico do plasma * Sistemas Tampão Hemoglobina O CO2 produzido se difunde para a hemácia Nos pulmões, como a [CO2] é mínima, a reação é deslocada no sentido oposto, forçando a Hb a liberar o H+ CO2 + H2O ↔ H2CO3↔ H+ + HCO3- Liga-se à Hemoglobina Difunde-se para o plasma * Controle Respiratório Os pulmões eliminam o CO2 produzido, deslocando a reação no sentido de diminuir a [H+] A [H+] plasmática e consequentemente cerebral estimulam o centro respiratório: ↑ H+ = ↑ Freq. Respiratória = ↓ CO2 ↓ H+ = ↓ Freq. Respiratória = ↑ CO2 H+ + HCO3- ↔ H2CO3 ↔ CO2 + H2O Pulmão * Controle Renal Mecanismo duradouro de correção Funções do rim: Regenerar bicarbonato Excretar ácidos * Controle Renal Regeneração do bicarbonato 99,9% do HCO3 filtrado é reabsorvido: 70-85 % : túbulo proximal 10-20 % : alça de Henle 3-5 % : túbulo distal 1-2 % : ducto coletor Túbulo Célula Interstício Na+ HCO3 Na+ H+ H+ Filtrado H2O + CO2 atp H+ + HCO3 HCO3 regenerado Na+ K+ * * Controle Renal Regeneração do bicarbonato Fatores que influenciam a reabsorção do HCO3: [HCO3] plasmática HCO3 filtrado Volume extra-celular pCO2 Túbulo Célula Interstício Na+ HCO3 Na+ H+ H+ Filtrado H2O + CO2 atp H+ + HCO3 HCO3 regenerado Na+ K+ Acompanham a reabsorção do sódio ( ↑pCO2 = ↑ H+ intracelular = ↑ reabsorção HCO3) * Controle Renal Excreção do H+ Maior parte do H+ da urina não provém da filtração, mas é secretado nos túbulos Mecanismos de secreção tubular: Bomba Na+ H+ Bomba H+ ATPase Bomba H+ K+ ATPase (ducto coletor) * * * Controle Renal Fatores que influenciam a secreção tubular de H+ pCO2 Alterações no K+ (↑K+ plasma = ↓H+ intracelular = ↓secreção de H+) Ânions não absorvíveis na luz tubular (penicilina) * * Controle Renal Fatores que influenciam a secreção tubular de H+ Aldosterona: Ação fisiológica: Retém água e sódio (aumentando VEC), excreta K+ e H+ Aumenta excreção do H+ (tendencia à alcalose) Porém o ↑ VEC diminui a reabsorção de HCO3 (tendência à acidose) Logo, não há modificação ácido-básica Se défcit de potássio: ↓ K+ = ↑ reabsorção HCO3 (↑ de Na+ intracelular e ↑ H+ intracelular) ↓ K+ = ↑ excreção H+ Logo, há tendência à alcalose * * Controle Renal Acidez Titulável É o mecanismo de excretar ácidos fixos sem perda de HCO3 2H+ + HPO4-- + 2Na+ HCO3- ↔ + + + + Túbulo Célula Interstício Metabolismo 2Na+ CO2 H2O H+ H2PO4- HPO4-- + HCO3 HCO3 * * Controle Renal Excreção de Amônia Produzida principalmente a partir da glutamina: Glutamina 2 NH4+ + 2 HCO3- Mecanismo de contracorrente gera altas concentrações de amônia na papila renal Túbulo Célula Papila Renal NH3 NH4+ H2O + CO2 H+ + HCO3 H+ NH3 NH4+ HCO3 * * * * Distúrbios do Equilíbrio Ácido-Base Acidose Metabólica * Acidose Metabólica Estado de excesso de H+ e diminuição de HCO3 Compensação respiratória: diminuição do CO2 Causas: Aumento da produção ácida Diminuição da Excreção ácida Perda de HCO3 Diluicional * Acidose Metabólica - Causas Aumento da produção ácida: Acidose Lática: Hipoperfusão tecidual (choques ou hipoxemia aumentam produção e reduzem o metabolismo) Doenças hepáticas ou deficiências enzimáticas Metformim (bloqueio da regeneração hepática) Doenças malignas (tumores mal vascularizados=anaerobiose) AIDS: doença hepática, AZT Acidose D-láctica (em Síndrome do Intestino curto bactéras produtoras do ác. D-láctico) * Acidose Metabólica - Causas Aumento da produção ácida: Cetoacidose (DM descompensado e jejum prolongado) Hipoinsulinemia Aumento da produção de cetoácidos no fígado Alcolismo: jejum + inibição de gliconeogênese pelo álccol * Acidose Metabólica - Causas Aumento da produção ácida: Drogas AAS: em altas doses aumenta o lacto por inibir fosforilação oxidativa Em baixas doses: alcalose respiratória por estimular centro respiratório Metanol: convertido em ác. fórmico * Acidose Metabólica - Causas Diminuição da excreção ácida Insuficiência renal (TFG < 20%) Acidose tubular renal tipo 1 (defeito na excreção distal de H+) ATR tipo 4 ( hipoaldosteronismo = ↓ excreção de H+ e K+) * Acidose Metabólica - Causas Perda de Bicarbonato Perda de secreção alcalina em pâncreas e árvore biliar Diarréias ATR tipo 2 (diminuição da reabsorção de HCO3) Diluicional Infusão rápida de volume dilui o HCO3 plasmático * Acidose Metabólica - Clínica Dependente de: Causa-base Velocidade de instalação Gravidade da acidose Sintomas: Vômitos, dores pelo corpo, fadiga Repiração de Kussmaul (pH<7,2) ↓contratilidade miocárdica Dilatação arterial Venoconstricção Contração arterial pulmonar Diminuição do nível de consciência e coma Maior degradação proteica Diminui densidade óssea ↓PA, ↓DC, ↑risco de arritmias, ↓resposta às catecolaminas ICC Acidose crônica * Acidose Metabólica - Laboratório Gasometria Arterial Normal: pH = 7,35 – 7,45 HCO3 = 24 pCO2 = 40 H+ = 24 x pCO2 = 40 HCO3 Gasometria Arterial na acidose Metabólica: ↓ pH // ↓ HCO3 // ↓ pCO2 (hiperventilação compensatória) ∆ pCO2 = 1,2 x ∆ HCO3 ± 2 pCO2 = HCO3 x 1,5 + 8 ± 2 pCO2 = dois últimos dígitos do pH ~ * Acidose Metabólica - Laboratório Ânion Gap = Na+ - (Cl- + HCO3-) Cálculo dos ânions não medidos: (Proteínas, PO4--, SO4--, Ácidos orgânicos) Ajuda na diferenciação da causa da acidose Na+ 140 Cl- 106 HCO3 24 AG- 10 * Acidose Metabólica - Laboratório Acidose com AG normal (Hiperclorêmica) (perda de HCO3- com ↑ Cl-) TGI: diarréia // fistulas Renal: inibidores da anidrase carbônica, ATR tipo 2 Acidose dilucional Na+ 140 AG- 10 Perda de HCO3 Aumento de Cl Anion Gap inalterado Cl- HCO3 * Acidose Metabólica - Laboratório Acidose com AG aumentado (Normoclorêmica) (↓ HCO3 devido a acúmulo ácidos negativos) ↑ produção ácidos (cetoacidose, acidose latica, erros inatos do metabolismo) Drogas Insuficiência Renal Na+ 140 Consumo de HCO3 Acréscimo de Ácidos Anion Gap aumentado Cl- HCO3 AG * Acidose Metabólica - Laboratório Potássio Geralmente está ↑, mas pode estar ↓, em casos de: Diarréia ATR tipo 2 inibição anidrase carbônica Leucocitose Diminuição da marginação leucocitária (diferenciar de infecção) Hiperfosfatemia Acidose lática hipóxica = degradação muscular Hiperglicemia Acidose inibe ação da insulina Hiperuricemia Competição dos ácidos orgânicos com urato no rim: ↓ excreção de urato * Acidose Metabólica - Tratamento Tratar a causa base: Cetoacidose reposição hídrica + insulina Acidose lática melhorar perfusão (suporte circulatório e ventilatório) Bicarbonato: quando e como usar? Não indicado: pH > 7.2 paciente clinicamente bem causa base facilmente corrigível Indicado: Acidose grave pH< 7,2 HCO3 < 8 Depressão miocárdica, difunção enzimática Na PCR com hipercalemia e acidose graves * Acidose Metabólica - Tratamento Bicarbonato: quando e como usar? Como repor: Avaliar necessidade da reposição, ponderando os riscos Cálculo da quantidade de HCO3: Administrar NaHCO3 8,4% (1 mEq / ml) EV em 12 a 24 horas, sempre reavaliando o paciente Bic necessário = (16 – Bic atual) x 0,6 x peso (kg) Concentração desejada Espaço de Bic * Acidose Metabólica - Tratamento Bicarbonato: quando e como usar? Complicações da reposição: Hipernatremia Sobrecarga de volume Hiperosmolaridade Hipocalemia Alcalose abrupta (nas correções agressivas) H+ + HCO3 H2O + CO2 ↑ pCO2 Normalmente esse CO2 é facilmente eliminado Na falência respiratória / circulatória torna-se prejudicial, piorando a acidose no SNC * Distúrbios do Equilíbrio Ácido-Base Alcalose Metabólica * Alcalose Metabólica Estado de excesso de HCO3 e diminuição de H+ Compensação respiratória: aumento do CO2 Mecanismo: Geração da alcalose Manutenção da alcalose * Alcalose Metabólica Geração da Alcalose: Por diminuição do H+ TGI: vômitos e sonda gástrica Renal: ↑ Aldosterona = ↑ excreção de H+ e K+ Excesso de ânions negativos na luz tubular (penicilina) Diuréticos de alça e tiazídicos Acidose resp. crônica há ↑pCO2 e ↑ HCO3 (compensatório) Se houver rápida diminuição do CO2 (p.e.: ventilação mecânica) sobra excesso de HCO3 Hipocalemia: desvio de H+ para LIC * Alcalose Metabólica Geração da Alcalose: Por aumento do HCO3 (administração exógena): HCO3 ou precursores (lactato, acetato, citrato) acima da capacidade de excreção renal Perda Cl-: Diuréticos alça e tiazídicos, Sd. Bartter ou Gitelman ↑ excreção Cl- exige maior retenção de HCO3 para manter a eletronegatividade * Alcalose Metabólica Manutenção da Alcalose: Fatores que diminuem a excreção renal do HCO3 Depleção VEC: ↑reabsorção Na+ e consequente HCO3 no túbulo proximal ↑reabsorção Na+ e consequente excreção de K+ e H+ no túbulo distal Deficiência de Cl- associada à depleção do VEC ↑ reabsorção de Na+ e HCO3- (já que falta Cl-) Hiperaldosteronismo primário ↑ reabsorção de Na+ e excreção de K+ e H+ Depleção de K+: ↑ H+ nas células tubulares maior excreção de H+ e reabsorção de HCO3 Hipoventilação: ↑ pCO2 = ↑ H+ ↑ excreção de H+ e reabsorção de HCO3 * Alcalose Metabólica Clínica: Sintomas da doença de base Depleção VEC Sintomas de hipocalemia Fraqueza Paralisia Íleo e distensão abdominal Arritmias Poliúria QT prolongado, ondas U Hiperaldosteronismo: ↑ VEC, ↑ PA * Alcalose Metabólica Laboratório: Gasometria ↑pH // ↑HCO3 // ↑pCO2 (hipoventilação compensatórioa) pCO2 ↑ 0,7 para cada mEq de aumento do HCO3 ↓O2 (hipoxia por hipoventilação) ↓ Cl- ↓ K+ (troca com H+ intracelular e perda renal de K+) ↑ AG por ácido lático (alcalose estimula anaerobiose) alcalose aguda ↑ afinidade da Hb por O2 = ↓ liberação O2 para os tecidos * Alcalose Metabólica Laboratório: Concentração urinária de Cl-: Ajuda na definição da causa da alcalose Se baixa (<10): Rim reabsorvendo todo NaCl + H2O com troca de H+ e K+ Principal causa: depleção do VEC Alcalose denominada “Cloro sensível” Se alta (>20): Não há depleção de volume e o Cloro não é importante na manutenção da alcalose Principal causa: hiperaldosteronismo “Cloro resistente” * Alcalose Metabólica Tratamento: Quando Alcalose Cloro sensível: Repor NaCl 0,9% 3 a 5 lts Se Hipocloremia sem depleção de NaCl: Repor NaCl 0,9% 0,2 x peso x ↑ desejado de Cl- Se Hipocalemia: Repor 10 – 20 mEq de K+ para cada litro de NaCl 0,9% Caso haja sobrecarga de volume: Evitar NaCl Repor o cloro com KCl 10 – 20 mEq Acetazolamida se hipercalemia associada Diálise: Corrige alcalose Cuidado com banhos ricos em HCO3 * Alcalose Metabólica Tratamento: Quando Alcalose Cloro Resistente: Hiperaldosteronismo primário: Remoção cirúrgica da fonte de aldosterona Espironolactona Sd. Bartter ou Gilteman IECA (↓ aldosterona) AINE (↓ prostaglandinas) Reposição K+ * Distúrbios do Equilíbrio Ácido-Base Acidose Respiratória * Acidose Respiratória Definição: estado de retenção de CO2, gerando excesso de H+ Causas: Acidose Resp. Aguda Neuromuscular: lesão nervosa, Guillan-Barré, miastenia gravis, drogas Obstrutiva: corpo estranho, edema e espasmo de laringe, broncoespasmo Toraco-pulmonar: tórax instável, pneumotórax, embolia pulmonar Ventilação mecânica: parâmetros inadequados, espaço morto aumentado Acidose Resp. crônica DPOC, cifoescoliose * Acidose Respiratória Clínica: Instalação rápida gera mais sintomas Retenção de CO2 = confusão mental, flapping, coma Tratamento: Tratar a causa da hipoventilação * Distúrbios do Equilíbrio Ácido-Base Alcalose Respiratória * Alcalose Respiratória Definição: estado de hipocapnia com ↓pCO2 Causas: ↑ Frequência Respiratória devido: Dor Ansiedade Uso de salicilatos Tumores cerebrais Infecções Hipermetabolismo (febre, hipertireoidismo) Insuficiência hepática Estados conversivos * Alcalose Respiratória Clínica: ↑ Frequência Respiratória Sintoma da doença de base Parestesia nas extremidades e perioral (por ↑pH no SNC) Alterações de consciência Tratmento: Tratar causa base ↑ F.i.CO2 (mistura com CO2 5%) para ↑ pCO2 ↓ volume mim. ↑ espaço morto Em ventilação mecânica * Distúrbios mistos Presença de dois ou mais distúrbios ácido-básico simultâneos * Roteiro para interpretação Verificar desordem mais aparente: pH < 7,35 = acidemia Se ↓ HCO3 = acidose metabólica Se ↑ pCO2 = acidose respiratória pH > 7,45 = alcalemia Se ↑ HCO3 = alcalose metabólica Se ↓ pCO2 = alcalose respiratória * Roteiro para interpretação Verificar desordem mais aparente: Caso pH normal = sem desordem aparente ? ? Se ↓ HCO3 e ↓ pCO2 = acidose metabólica ou alcalose respiratória Se ↑ HCO3 e ↑ pCO2 = alcalose metabólica ou acidose respiratória * Roteiro para interpretação A compensação está adequada? Uso das fórmulas para verificar compensação: * Roteiro para interpretação Exemplo: Gasometria: pH = 7,08 // HCO3= 10 // pCO2 = 35 Interpretação: pH baixo + HCO3 baixo = acidose metabólica A compensação está adequada? pCO2 esperada = 10 x 1,5 + 8 ± 2 = 23 Logo, a compensação não está adequada, pois existe acidose metabólica + acidose respiratória * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *
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