李 暉,李 健,孫 銘,梁俊平
(1.山東科技職業(yè)學(xué)院,山東 濰坊261053;2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院 黃海水產(chǎn)研究所,山東 青島 266071)
日本對(duì)蝦(Marsupenaeus japonicus)自20世紀(jì)80年代開始引進(jìn)我國(guó)以來(lái),經(jīng)過近20年的迅速推廣與研究,現(xiàn)已成為養(yǎng)殖區(qū)遍及沿海各省的中國(guó)主要四大養(yǎng)殖對(duì)蝦之一。然而隨著日本對(duì)蝦養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展以及集約化程度的不斷提高,導(dǎo)致養(yǎng)殖環(huán)境不斷惡化,養(yǎng)殖病害也逐漸增多。藥物防治以其效果直接、操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)點(diǎn)而成為水產(chǎn)動(dòng)物疾病防治的有效措施。但由于缺乏相關(guān)的科學(xué)合理用藥指導(dǎo),在實(shí)際生產(chǎn)中為了加強(qiáng)療效,往往存在過量用藥,濫用藥物的現(xiàn)象,從而造成藥物殘留超標(biāo),部分病原微生物甚至產(chǎn)生了耐藥性。因此加強(qiáng)漁藥代謝研究,制訂科學(xué)合理的用藥方案意義重大。
麻保沙星(marbofloxacin)是一種動(dòng)物專用的新型氟喹諾酮類抗菌藥,由瑞士羅氏公司研制,1995年由Vetoquinol公司首次在英國(guó)上市[1]。它對(duì)革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽(yáng)性菌、厭氧菌及支原體都有很強(qiáng)的抗菌作用,已廣泛應(yīng)用于畜禽類的疾病防治,但在水產(chǎn)上卻較少使用。國(guó)外關(guān)于麻保沙星的研究較深入,已報(bào)道了其在馬、牛、羊、狗、貓和歐洲鯽魚(Carassius auratus)[2-7]等體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)研究;國(guó)內(nèi)僅見其在雞、豬和中國(guó)對(duì)蝦(Fenneropenaeus chinensis)[8-10]體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)研究。研究結(jié)果表明,該藥具有組織滲透力強(qiáng),消除半衰期長(zhǎng),生物利用度高, 與其他抗菌藥無(wú)交叉耐藥性等特點(diǎn)。目前麻保沙星已獲批準(zhǔn)在犬、貓、豬和牛上使用,但其在水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)的代謝情況僅見在中國(guó)對(duì)蝦上的報(bào)道,關(guān)于麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)研究尚未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)首次以日本對(duì)蝦為研究對(duì)象,比較肌注和口服藥餌給藥方式下麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)差異,并將藥動(dòng)學(xué)參數(shù)與抗菌后效應(yīng)(PAE)和最小抑菌濃度(MIC)相結(jié)合來(lái)制訂給藥方案,以期為生產(chǎn)中合理用藥提供指導(dǎo)。
1.1.1 試驗(yàn)動(dòng)物
健康日本對(duì)蝦,平均體長(zhǎng) 7.89 cm,平均體質(zhì)量5.66 g,購(gòu)自于青島市寶榮水產(chǎn)科技發(fā)展有限公司,暫養(yǎng)2周。實(shí)驗(yàn)前檢測(cè)無(wú)藥物殘留,實(shí)驗(yàn)期間每天換水 1次,連續(xù)充氣,水溫為(25±0.6)℃,投飼不含任何藥物的配合飼料。
1.1.2 試驗(yàn)藥品與試劑
麻保沙星標(biāo)準(zhǔn)品,純度≥99.5%,中國(guó)獸藥監(jiān)察所生產(chǎn);麻保沙星原粉,純度≥98.5%,杭州久恒生物化學(xué)科技有限公司生產(chǎn),批號(hào)2060725。乙腈為色譜純,二氯甲烷、正己烷、85%磷酸、三乙胺為分析純。
1.1.3 試驗(yàn)儀器
Agilent1100型高效液相色譜儀(HPLC),數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為WindowsNT4.0 HP工作站,KL512型恒溫水浴氮吹儀,XHF-1型高速分散器,Eppendorf高速離心機(jī)。
1.2.1 給藥與采樣
將試驗(yàn)日本對(duì)蝦隨機(jī)分成3組,第一組: 一次性血竇注射麻保沙星水溶液,給藥劑量為10 mg/kg蝦體重,注射部位為腹部血竇;第二組: 一次性肌肉注射麻保沙星水溶液,給藥劑量為10 mg/kg蝦體重,注射部位為腹部第2、3體節(jié)間。分別于給藥后0.083、0.167、0.25、0.5、1、1.5、2、3、4、6、8、10、12、24、48、96 h采集血淋巴、肌肉、肝胰腺樣品。第三組: 一次性投喂自制麻保沙星藥餌,給藥劑量為30 mg/kg蝦體重,按照日本對(duì)蝦每千克體重?cái)z食量20 g計(jì)算來(lái)配制麻保沙星藥餌。分別于給藥后0.5、1、2、3、4、6、8、10、12、16、24、36、48、72、96 h采集血淋巴、肌肉、肝胰腺樣品。另設(shè)空白對(duì)照組。每一時(shí)間點(diǎn)各采 8尾蝦,全部樣品于–80℃冰箱保存。
血淋巴取樣: 先將取樣蝦用紗布擦干頭胸甲,然后將預(yù)先涂有 1%肝素鈉的注射器緩慢插入圍心竇,抽取血淋巴,再轉(zhuǎn)移到離心管中,在震蕩器上震蕩1 min,于5 000 r/min轉(zhuǎn)速下離心5 min,取出上層液置于–80℃低溫冰箱中保存。
1.2.2 樣品前處理
樣品解凍,準(zhǔn)確稱取1 g肌肉,0.3 g的肝胰腺或吸取0.5 mL血淋巴,加入2 mL乙腈16 000 r/min勻漿20 s;再用2 mL乙腈清洗刀頭,合并兩次液體漩渦振蕩10 s,靜置2 h,5 000 r/min離心10 min,取上清液,在40℃恒溫水浴下氮?dú)獯蹈?殘?jiān)? mL流動(dòng)相溶解,加入 2 mL正己烷去脂肪,下層液用 0.2 μm濾膜過濾后進(jìn)行高效液相色譜測(cè)定。
1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與最低檢測(cè)限
準(zhǔn)確稱取麻保沙星 0.01 g,用適量冰醋酸助溶,然后用流動(dòng)相定容至100 mL,配成100 mg/L的母液,再依次用流動(dòng)相稀釋成 5.00、2.00、1.00、0.50、0.20、0.10、0.05、0.02、0.01 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液用HPLC進(jìn)行檢測(cè),以峰面積為縱坐標(biāo),濃度為橫坐標(biāo)作標(biāo)準(zhǔn)曲線,分別求出回歸方程和相關(guān)系數(shù)。最低檢測(cè)限參照梁俊平等[11]的方法確定。
1.2.4 色譜條件
色譜柱: Agilent Tc-C18(250 mm×4.6 mm,5 μm);流動(dòng)相: 乙腈:磷酸(0.01 mol/L,用三乙胺調(diào)至pH=3.42)=20:80(V:V);紫外檢測(cè)器,波長(zhǎng) 295 nm;柱溫 30℃;流速1.0 mL/min,進(jìn)樣量 20 μL。
1.2.5 回收率和精密度的測(cè)定
取濃度為 0.10、0.50、1.00、5.00 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到0.5 g空白組織或0.5 mL空白血漿中,然后按“樣品前處理”方法處理后測(cè)定,每個(gè)濃度設(shè)3個(gè)重復(fù),測(cè)得各樣品峰面積按標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算濃度,然后與理論濃度相比較。
將上述樣品于1 d內(nèi)分別重復(fù)進(jìn)樣5次和分5 d測(cè)定,計(jì)算各濃度水平響應(yīng)值峰面積的變異系數(shù)(C·V%),以此衡量檢測(cè)方法的精密度。
1.2.6 數(shù)據(jù)處理
藥代動(dòng)力學(xué)模型擬合采用DAS2.0軟件處理,并用一、二和三室模型分別以權(quán)重1、1/C、1/CC 3種情況進(jìn)行擬合,根據(jù)AIC和R2值來(lái)判斷最適合的房室模型,并計(jì)算藥動(dòng)學(xué)參數(shù)。
1.2.7 麻保沙星的口服給藥方案
設(shè)定4MIC為期望達(dá)到的穩(wěn)態(tài)血藥濃度,給藥劑量的確定可根據(jù)徐叔云等[12]提出的公式計(jì)算:
式中,D: 每日給藥劑量;C: 期望達(dá)到的穩(wěn)態(tài)血藥濃度;Vd: 表觀分布率;K: 一級(jí)消除速率常數(shù);τ: 給藥時(shí)間間隔;F: 口服生物利用度
麻保沙星標(biāo)準(zhǔn)液在0.01~5.00 mg/L濃度范圍內(nèi)有良好的相關(guān)性,線性回歸方程為: Y = 118.38X +1.5071,相關(guān)系數(shù)R2= 1。
麻保沙星在血淋巴和各組織中的回收率在80.25%~93.84%,如表 1所示;日內(nèi)變異系數(shù)為2.35%~3.27%,日間變異系數(shù)為 3.26%~4.53%,如表2所示。
回收率和變異系數(shù)是決定測(cè)定方法準(zhǔn)確性和可靠性的重要依據(jù),回收率不應(yīng)低于 70%,日內(nèi)和日間變異系數(shù)應(yīng)控制在10%以內(nèi)。本試驗(yàn)回收率高,變異系數(shù)小,均符合生物測(cè)定方法要求。
表1 麻保沙星在三種組織中的回收率Tab.1 Recovery rate of marbofloxacin in three tissues
表2 麻保沙星在3種組織中的變異系數(shù)Tab.2 Variation coefficient of marbofloxacin in three tissues
2.3.1 房室模型及藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)
采用DAS2.0軟件對(duì)3種給藥方式下麻保沙星在日本對(duì)蝦血淋巴中的濃度進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,血竇注射給藥后,麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)藥物動(dòng)力學(xué)最佳模型為無(wú)級(jí)吸收二室開放模型,表達(dá)方程為: C= Ae–αt+Be–βt;肌注和口服藥餌給藥后,麻保沙星在健康日本對(duì)蝦體內(nèi)的藥物動(dòng)力學(xué)最佳模型為一級(jí)吸收二室開放模型,表達(dá)方程為: C = Ae–αt+Be–βt-(A+B)e–Kat。藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表3。
其藥代動(dòng)力學(xué)方程分別為:
3種給藥方式下,消除相半衰期與分布相半衰期具有正相關(guān)性。血竇注射時(shí),藥物在血漿中分布和消除最快,其分布相半衰期(t1/2α)為 0.496 h,消除相半衰期(t1/2β)為11.212 h;肌肉注射下,藥物在血漿中分布和消除速率次之,其分布相半衰期(t1/2α)為0.601 h,消除相半衰期(t1/2β)為11.769 h;口服藥餌時(shí),藥物在血漿中分布和消除最慢,其分布相半衰期(t1/2α)為2.103 h,消除相半衰期(t1/2β)為 13.535 h。
日本對(duì)蝦投喂麻保沙星藥餌1.5 h后,吸出殘餌,烘干稱量,計(jì)算得出實(shí)際口服的劑量為13.60 mg/kg,生物利用度(F)用以下公式計(jì)算:
血竇注射下,生物利用度最高,為 100%;肌肉注射下,生物利用度次之,為 99.56%;口服藥餌下,生物利用度最低,為69.68%。
2.3.2 麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的吸收與分布
本部分詳細(xì)比較了肌注和口服藥餌 2種給藥方式下,麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的吸收與分布規(guī)律,其血淋巴、肌肉和肝臟中的藥-時(shí)曲線分別見圖 1、圖2和圖3。
從圖中可看出,麻保沙星在血淋巴和組織中的分布較廣泛,肌肉注射下血淋巴中藥物濃度較口服藥餌下血淋巴中藥物濃度高;但是肌肉注射下肝胰腺和肌肉中藥物濃度較口服藥餌下肝胰腺和肌肉中藥物濃度低。2種給藥方式下,血淋巴中的藥物濃度均在0.25 h達(dá)到峰值,肌肉中藥物濃度均在0.167 h達(dá)到峰值;口服藥餌下,肝胰腺中的藥物濃度在0.167 h達(dá)到峰值,肌肉注射下,肝胰腺中藥物達(dá)峰時(shí)間較口服藥餌下達(dá)峰時(shí)間晚,為0.25 h。
2.3.3 藥動(dòng)參數(shù)與抗菌后效應(yīng)(PAE)及最小抑菌濃度(MIC)結(jié)合給藥方案
根據(jù)前期研究[13]可知麻保沙星具有明顯的PAE,且呈濃度依賴型??蓪⒀帩舛雀哂贛IC的時(shí)間與PAE的時(shí)間之和作為給藥間隔時(shí)間。測(cè)得麻保沙星對(duì) 3種常見海洋致病性弧菌溶藻弧菌、哈維氏弧菌和燦爛弧菌的MIC在1~4 mg/L之間,以1、2、4倍MIC的麻保沙星藥物濃度誘導(dǎo)產(chǎn)生的 PAE在0.49~1.25 h之間。以10 mg/kg劑量肌注麻保沙星在12 h內(nèi)血藥濃度仍高于該藥物的 MIC,以 13.60 mg/kg劑量口服藥餌麻保沙星在10 h內(nèi)血藥濃度仍高于該藥物的MIC。根據(jù)藥物濃度與PAE的關(guān)系,以麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的最高濃度為誘導(dǎo)濃度,肌注方式下的 PAE大于 1.6 h,口服藥餌方式下的PAE大于1.8 h。因此給藥間隔時(shí)間為: 肌注13.6 h,口服藥餌11.8 h。
表3 日本對(duì)蝦血竇注射、肌肉注射和口服藥餌麻保沙星的藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)Tab.3 Pharmacokinetic parameters of marbofloxacin given by intravenous (10 mg/kg b.w.),intramuscular (10 mg/kg b.w.)or oral administration (30 mg/kg b.w.)to Marsupenaeus japonicus
圖1 麻保沙星在日本對(duì)蝦血淋巴中的藥-時(shí)曲線Fig.1 Mean marbofloxacin concentration-time curve in plasma of Marsupenaeus japonicus after intramuscular and oral administration
圖2 日本對(duì)蝦肌注麻保沙星后各組織中的的藥-時(shí)曲線Fig.2 Mean marbofloxacin concentration-time curve in tissues of Marsupenaeus japonicus after intramuscular administration
根據(jù) D=C×Vd× K×τ /F 公式計(jì)算,肌注和口服藥餌兩種給藥方式下分別以14.30 mg/kg和19.17 mg/kg給藥劑量,即可獲得16 mg/L的穩(wěn)態(tài)血藥濃度。
圖3 日本對(duì)蝦口服藥餌麻保沙星后各組織中的藥-時(shí)曲線Fig.3 Mean marbofloxacin concentration-time curve in tissues of Marsupenaeus japonicus after oral administration
由表 3可知,日本對(duì)蝦一次性肌注麻保沙星(10 mg/kg)后血藥達(dá)峰時(shí)間為 0.25 h,顯著快于馬(0.95 h)、雞(1.57 h)、豬(0.91 h)[2,8-9],與中國(guó)對(duì)蝦(0.147 h)[10]相近;口服麻保沙星后血藥達(dá)峰時(shí)間為2.0 h,快于豬(3.75 h)和海龜15 h)[9,14],慢于雞(1.35 h)[8],與貓(1.94 h)和歐洲鯽魚(1.74 h)[6-7]相似。根據(jù)楊先樂等[15]報(bào)道中華絨螯蟹肌注環(huán)丙沙星后,血藥濃度立即達(dá)到峰值,房文紅等[16]研究肌注諾氟沙星在斑節(jié)對(duì)蝦體內(nèi)的代謝中報(bào)道血藥濃度于給藥后1~2 min內(nèi)達(dá)到峰值。房文紅等[17]研究南美白對(duì)蝦肌注諾氟沙星后,血藥濃度于給藥后 2 min達(dá)到峰值,甲殼動(dòng)物血藥濃度到達(dá)峰值之快類似于血竇內(nèi)[18]或靜脈注射給藥。這可能與其特殊的水生環(huán)境和開放式循環(huán)系統(tǒng)有關(guān)。
本實(shí)驗(yàn)測(cè)得肌注麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的吸收半衰期 t1/2Ka為 0.059 h,明顯快于雞(0.54 h)和豬(0.27 h)[8,9],與中國(guó)對(duì)蝦(0.028 h)[10]較接近;口服藥餌時(shí)其吸收半衰期t1/2Ka為1.697 h,慢于豬(1.16 h)和雞(0.42 h)[8-9]。結(jié)果表明,肌注麻保沙星的吸收速率明顯大于口服藥餌。給藥途徑不同主要影響生物利用度和藥效出現(xiàn)的快慢。注射給藥后,藥物直接通過血液循環(huán)進(jìn)入體內(nèi)各組織進(jìn)行分布。而口服給藥后,藥物在經(jīng)過消化道時(shí),會(huì)受到食物吸收的影響及各種酶的降解,已有研究證實(shí)參與藥物代謝中細(xì)胞色素P450酶最為重要[19];藥餌口服給藥后還可能存在藥物在動(dòng)物體內(nèi)的首過作用,即首先經(jīng)過胃腸道和肝臟吸收,而后進(jìn)入血液循環(huán);另外,飼料和水中的鈣、鐵、鎂、鋁等離子能與氟喹諾酮類發(fā)生螯合,影響內(nèi)服藥物的吸收,降低生物利用度和血液濃度[20]。
日本對(duì)蝦肌注麻保沙星后,其生物利用度F(99.56%),高于口服藥餌(69.68%)。豬[9]肌注和口服藥餌麻保沙星后的 F為 107.86%和97.41%,高于本實(shí)驗(yàn)結(jié)果;馬和雞[2,8]肌注麻保沙星后的 F分別為87.94%、94.45%,略低于本實(shí)驗(yàn)結(jié)果。可見麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的生物利用度較高,吸收較充分,利用率較高。
麻保沙星經(jīng)肌肉注射后通過毛細(xì)血管進(jìn)入血液循環(huán)向各組織器官迅速分布。本實(shí)驗(yàn)中肌注麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的分布半衰期 t1/2α遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于雞(2.33 h)和豬(2.87 h)[8-9],與中國(guó)對(duì)蝦(0.893 h)[10]相近;日本對(duì)蝦口服藥餌麻保沙星后的分布半衰期也小于雞(2.31 h)豬(4.94 h)[8-9],大于歐洲鯽魚(0.87 h)[7]??梢?麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的分布較快。肌注麻保沙星與其他藥物在甲殼類體內(nèi)分布情況相比,其分布半衰期大于氟苯尼考(0.27 h)和磺胺甲基異唑(0.41 h)[21-22],小于恩諾沙星(0.97 h)和諾氟沙星(1.66 h)[23-24]。這說明麻保沙星作為新一代氟喹諾酮類藥物具有潛在的優(yōu)越性。
藥物在體內(nèi)分布的廣泛程度由表觀分布容積 Vd來(lái)體現(xiàn)。本研究中口服藥餌10 mg/kg麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的 Vd為 0.90 L/kg,大于海龜(0.16 L/kg)[14]與對(duì)歐洲鯽魚(0.87 L/kg)和貓(0.99 L/kg)[6-7]的研究結(jié)果相近。與其他動(dòng)物相比,麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的分布較為廣泛。
日本對(duì)蝦肌注麻保沙星后的消除半衰期長(zhǎng)于馬(5.47 h)、山羊(6.77 h)、雞(6.27 h)、鴕鳥(1.96 h)和犢牛(4.33 h)[2,4,8,25-26],短于豬(17.38 h)[9],與中國(guó)對(duì)蝦(9.866 h)[10]相近;日本對(duì)蝦口服藥餌麻保沙星后的消除半衰期長(zhǎng)于貓(7.15 h)和雞(6.48 h)[6,8],短于歐洲鯽魚(25.05 h)和豬(22.98 h)[7,9],與海龜(13.33 h)[14]相近。由此可見,麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的消除半衰期慢于大部分的畜禽類,與部分水產(chǎn)動(dòng)物相接近,消除較慢。這可能與對(duì)蝦屬于終生生活在水中的變溫動(dòng)物有關(guān),除受種屬及本身遺傳因素之外,體內(nèi)藥物代謝受水溫的影響更為顯著[27]。
日本對(duì)蝦口服藥餌麻保沙星后的消除半衰期大于肌注,該結(jié)果與黃顯會(huì)[8]李云峰[9]等的研究相一致,有關(guān)學(xué)者在研究其他藥物時(shí)也得出了相似的結(jié)論[19,21,28-29]。這可能是由于口服給藥后,藥物要先經(jīng)過胃腸道而后進(jìn)入血淋巴,再通過血液循環(huán)進(jìn)行分布消除。從而致使口服給藥消除半衰期長(zhǎng)于肌注。
肌注麻保沙星與其他藥物在甲殼類體內(nèi)消除情況相比,其消除半衰期大于氟苯尼考(6.494 h)、恩諾沙星(7.03 h)、諾氟沙星(1.69 h)和磺胺甲基異唑(10.87 h)[21-24];口服藥餌麻保沙星時(shí),其消除半衰期大于氟苯尼考(7.903 h)和諾氟沙星(4.24 h)[17,30]。可見,麻保沙星與其他藥物相比具有消除緩慢的特點(diǎn),表現(xiàn)出其作為水產(chǎn)抗菌藥物的優(yōu)勢(shì)。
按傳統(tǒng)的觀念,抗生素的給藥方案設(shè)計(jì)主要依賴于血藥動(dòng)力學(xué)參數(shù)和最小抑菌濃度(MIC),并且要保證多次給藥的藥物濃度谷值不低于感染菌的MIC,方能發(fā)揮療效。為此,半衰期較短的藥物每日用藥達(dá)3~4次之多。由于PAE反映了抗生素在消除后或濃度大大低于 MIC時(shí)仍可使細(xì)菌受到一定時(shí)間的抑制[31],不僅使一些藥物在分布濃度低的組織得到治療的可能,并且在保證療效的前提下,可根據(jù)對(duì)PAE時(shí)間的長(zhǎng)短結(jié)合MIC、MBC及藥動(dòng)學(xué)參數(shù)來(lái)確定給藥劑量、間隔時(shí)間和給藥次數(shù),較傳統(tǒng)方案提高單次給藥劑量,減少給藥次數(shù),既方便臨床用藥,又能保持甚至提高療效。
麻保沙星的藥代動(dòng)力學(xué)研究表明: 麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)具有吸收迅速,分布廣泛,消除緩慢,生物利用度高等特點(diǎn)。同時(shí),兩種給藥方式下,麻保沙星在日本對(duì)蝦體內(nèi)的吸收、分布和消除,肌注均快于口服藥餌給藥。實(shí)際生產(chǎn)中麻保沙星多以口服藥餌給藥,由于口服藥餌給藥的生物利用度和肌注給藥相近且都很高,所以建議肌注 14.30 mg/kg,給藥間隔為 13.6 h;口服藥餌19.17 mg/kg,給藥間隔為11.8 h。
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