运动性疲劳及促进其恢复的营养手段

甘桂芳，邵春海，刘景芳

运动性疲劳是指机体生理过程不能持续其机能在一特定水平上和/或不能维持预定的运动强度。运动性疲劳是因运动引起的运动能力和身体功能暂时性的下降，适度的运动性疲劳通过合理的恢复手段，可以促进人体机能水平的不断提高，而过度疲劳不仅会阻碍运动成绩的提高，还可能会造成各种运动损伤，损害运动员的身体健康。

1 运动性疲劳的产生机制

一个多世纪以来，人们对运动性疲劳的产生机制作了大量的研究，并且在早期就提出了“耗竭学说”、“阻塞学说”、“内环境稳态失调学说”以及“保护性抑制学说”等一系列假说，试图解释运动性疲劳产生的原因[1,2]。本文以运动性疲劳的产生部位作为切入点，对近年来运动性疲劳产生机制的研究作简要介绍。按疲劳发生的部位，习惯上把运动性疲劳分为中枢疲劳和外周疲劳两部分[3]。

1.1 中枢疲劳机制

中枢疲劳是指缺乏动机、中枢神经系统的传递或募集发生改变。近几十年来的大量研究证实，神经递质以及代谢产物水平的变化可影响中枢神经系统的功能，这可能是导致运动性疲劳的神经生物学因素。其中5-羟色胺（5-HT）、多巴胺（DA）、γ氨基丁酸（GABA）、氨（NH3）浓度升高，乙酰胆碱（Ach）降低可能导致运动性疲劳的产生。此外某些神经生理及心理因素亦可促使运动性疲劳的产生[4-6]。

1.2外周疲劳机制

外周疲劳包括突触接点传递、神经—肌肉接头活动和肌肉收缩活动能力下降。外周疲劳的机制可能与能源物质、代谢调节物质、代谢产物、细胞分子水平的形态及功能的改变等因素有关。其中：（1）ATP(三磷酸腺苷 Adenosine triphosphate) 、CP（磷酸肌酸 Creatine Phosphate）等磷酸原，血糖及糖原等糖类，脂肪等能源物质耗竭；（2）乳酸、氨等代谢产物在体内大量积蓄；（3）钙离子、钾离子、镁离子等代谢紊乱；（4）睾酮／皮质醇比值下降等导致内分泌调节紊乱；（5）氧自由基及其引起的脂质过氧化反应增强等。以上因素可促使运动性疲劳的产生[5,7]。

2 运动性疲劳的判断

运动员疲劳时往往面色苍白、注意力不集中、身体控制及平衡能力下降，动作的协调性、准确性和稳定性受到严重干扰，导致行为迟缓，动作乏力，效果差，失误多，从而影响训练及比赛表现，阻碍运动成绩的提高，严重时还可能会造成各种运动损伤，损害运动员的身体健康[8]。因此科学地判断疲劳的出现及其程度，有着重要的理论价值与实践意义。目前可通过生理及生化等客观指标的变化来判断运动性疲劳的程度：（1）下肢围度及体重等形态变化；（2）背肌力、握力及呼吸肌力量等肌力指标；（3）膝跳反射阈、反应时及血液体位反射反映神经系统机能；（4）皮肤空间阈、闪光频率融合试验法测定感觉机能[9]；（5）心电图、肌电图、脑电图[10,11]等影像学的改变，也是判断疲劳较为常用的一种评价手段。此外还有31P磁共振波普分析（31P MRS）可以动态研究外周疲劳[3]。

血液（血红蛋白、红细胞比容、血尿素、血糖、血清肌酸激酶、血睾酮、皮质醇、血睾酮／皮质醇）及尿液（尿蛋白、尿胆原）中的生化指标也可作为运动性疲劳的诊断依据[12]。

3 运动性疲劳的恢复手段

在运动员的训练中，疲劳的快速恢复和状态的及时调整日益得到重视。体能恢复，被某些知名运动队认为与训练处于同等重要地位。目前，教练员和科研人员主要从生理、物理、心理、营养、药物等多方面入手：（1）调整训练计划、保证有效睡眠时间等生理学疗法；（2）整理活动、按摩、水浴、氧疗、针灸等物理疗法；（3）音乐、娱乐等积极性休息等心理学疗法；（4）合理的营养手段促进疲劳的恢复；（5）中医中药疗法等加快疲劳的消除、促进体能恢复。

4 促进运动性疲劳恢复的营养手段

运动后的恢复离不开液体和食物的补充，当今运动营养学指南提供了恢复期补充能源、补水以及蛋白质合成等的最佳时间和量的建议。免疫和抗氧化系统的恢复也很重要，但是相关文献相对较少[13]。本文将主要从恢复糖原储备、修复肌肉损伤、维持内环境稳定以及改善氧化应激几方面进行综述，此外还将介绍一些具有抗疲劳作用的特殊膳食成分。

4.1 恢复糖原储备

运动时，肌肉对能量需求很大。根据“能源耗竭学说”，运动疲劳的产生与ATP、CP等磷酸原，血糖及糖原等糖类，脂肪等能源物质耗竭有关[2]。一般来说, 机体进行大强度运动时主要依靠糖类供能[14]，紧张训练后，肌糖原和肝糖原大量消耗[15,16]，因此糖原合成是运动性疲劳恢复的一个关键环节。

运动后可分为糖原合成率高、不依赖胰岛素的恢复第一阶段和依赖胰岛素、胰岛素敏感性增高、糖原合成率明显降低的恢复第二阶段[17]。不同血糖指数（Glycemic index，GI）的碳水化合物可引起不同程度的胰岛素应答，其中高GI饮食，与含等量碳水化合物的低GI饮食，可引起更加剧烈的胰岛素应答。因此，学者们关注GI值对糖原合成的影响。

糖原耗竭训练后的2～4 h处于恢复第一阶段，此时糖原合成酶活性提高[13,14]，肌肉可不依赖胰岛素合成糖原，碳水化合物的GI值高低对糖原储备恢复影响有限[17]。由美国饮食营养协会(American Dietetic Association，ADA),加拿大营养师协会（Dietitians of Canada，DC), 和美国运动医学会（American College of Sports Medicine，ACSM)的学者在最近的一项联合声明中，综述了1997—2005年间有关恢复期饮食与肌糖原合成关系的研究：9项研究报道恢复期高碳水化合物饮食（供能65%或0.8～1.0 g CHO/kg体重）可提高血糖浓度从而促进肌糖原的恢复[18]。提示此阶段碳水化合物的摄入量是糖原储备的主要决定因素，最新的指南指出，此阶段为了恢复糖原储备，推荐按1g/kg·h补充碳水化合物[13]。

随后的恢复第二阶段，骨骼肌摄取葡萄糖和肌纤维合成肌糖原均需要胰岛素的参与，理论上，此阶段较高的胰岛素分泌更为理想。高GI食物，与含等量碳水化合物的低GI食物相比，能更有效地促进糖原储备的恢复[13,17]。Burke[19]等在糖原耗竭训练后24 h，分别给5位受试者摄入4餐高GI或低GI碳水化合物，随后通过肌肉活检测定了其运动后24 h内糖原合成速率。高GI碳水化合物实验组比低GI碳水化合物组肌糖元浓度明显增高，前者增高了将近50%(106.0± 11.7 mmol/kg 湿重 VS 71.5± 6.5 mmol/kg 湿重；P=0.02)。Wee[20]等的研究也证实恢复第二阶段时补充高GI碳水化合物能高效促进肌糖元的恢复。禁食一夜后，7位受试者分别摄入高GI或低GI早餐，3 h后取骨骼肌样本测定肌糖元。早餐摄入高GI碳水化合物后肌糖元浓度提高15%，低GI碳水化合物组肌糖元浓度保持不变。

但是胰岛素应答理论并未得到所有学者的支持，Louise Burke[13]认为低GI碳水化合物促进肌糖原的恢复能力弱于高GI食物，可能与低GI食物消化吸收慢，可用碳水化合物少，而与血糖指数/胰岛素反应无关[13]。此外有关蛋白质的研究也对胰岛素应答理论提出了质疑。蛋白质可刺激并增强胰岛素应答[13,17]，理论上运动后在碳水化合物基础上补充蛋白质可以促进糖原合成，但是1997—2005年间的4项研究表明，在碳水化合物供给充分的前提下，增加蛋白质供应对肌糖元合成无明显益处[18]。最近Beelen M等[21]的研究结果与前人研究一致[18]，摄入足量碳水化合物[1.2 g/（kg·h）]时，给14位受试者额外摄入蛋白质[0.3 g/（kg· h）]未能加快运动后肌糖元合成。胰岛素应答是否为促进糖原合成的主要机制还未得到共识，不同GI食物对糖原合成影响的机制还需进一步探讨。

近年来，学者们还观察了单、双糖种类对糖原合成的影响。Décombaz J[22]等在运动疲劳后，分别让受试者摄入含15%碳水化合物的果糖、半乳糖或葡萄糖糊精混合饮料，经6.5 h恢复期，果糖、半乳糖的肝糖原净合成率[果糖：（8.1 ±0.6） g/h, P < 0.001；半乳糖：(8.6 ± 0.9） g/h, P < 0.001]，与葡萄糖组相比[ (3.7 ± 0.5） g/h]显著升高。但是Gareth A[23]等给糖原耗竭训练后的受试者运动后即刻及随后每30 min摄入包含葡萄糖(90 g/h) 和含葡萄糖（60 g/h）及果糖（30 g/h）的混合碳水化合物饮料，并未发现葡萄糖和果糖混合饮料与单纯摄入葡萄糖饮料在力竭运动的恢复阶段肌糖原储备效率有统计学差异。虽然有关单、双糖种类对糖原合成速率的研究结果不一致，但给了学者进一步探索的方向。

近年来发现咖啡因对糖原合成可能也有影响。Pedersen DJ[24]等在供给碳水化合物 4 g/kg体重基础上加入8 mg/kg体重咖啡因，可见恢复期4 h后糖原累积量增加[咖啡因组：（313±69） mmol/kg vs.碳水化合物组（234±50）mmol/kg , P < 0.001]。但是也存在不同意见，Beelen M[21]等给摄入足量碳水化合物[1.2 g/（kg· h）]受试者补充咖啡因[1.7 mg/（kg· h）]，并未发现肌糖原合成速率加快。

鉴于胰岛素应答是否为恢复糖原储备的主要机制还未达成共识，仍需进一步的机制学研究。此外单、双糖种类以及咖啡因等其他营养素可能与糖原合成速率也有一定关系，需要更多相关研究。

4.2 修复肌肉损伤

大强度运动中，肌肉持续收缩将导致肌肉可逆性损伤，如未及时恢复将在运动后24～48 h出现延迟性肌痛（Delayed-onset muscle soreness，DOMS)，影响运动员主观疲劳感觉及下次比赛表现，运动后及时修复肌肉损伤有助于缓解运动性疲劳[25]。

蛋白质是肌肉的主要组成成分，蛋白质及必需氨基酸的供给与肌肉恢复具有重要关系。Etheridge T[26]等给9位受试者运动后即刻补充富含必需氨基酸（40 g/100 g）的蛋白质，与对照组相比，观察到富含必需氨基酸的蛋白质组48 h肌力(P < 0.05)及爆发力(P < 0.05)明显升高，提示蛋白质及必需氨基酸可促进肌肉修复。支链氨基酸（Branched-Chain Amino Acids，BCAA：包括亮氨酸，异亮氨基酸和缬氨酸）与人体运动能力关系也很密切，是近年来的研究重点。

K. Matsumoto[27]给8位受试者运动期间分别摄入含BCAA 2 g、精氨酸0.5 g的BCAA饮料或者等能量的安慰剂，测定安静及运动后BCAA与苯丙氨酸（Phenylalanine, Phe）平衡，与安静时基准值相比，运动后对照组Phe平衡释放显著上升[运动后：(0.97 ± 0.28) µmol/min vs安静：(0.23± 0.22 ) µmol/min, p < 0.05]； 运动后BCAA组的Phe释放明显低于对照组 [BCAA：(5.0 ± 7.4) µmol/25 min vs对照：(35.9 ± 13.2) µmol/25 min, P < 0.05]，提示补充支链氨基酸与精氨酸可减弱运动导致的骨骼肌蛋白水解。

Nelson AR[28]等给12位男性运动员在连续6 d训练后补充富含亮氨酸的蛋白质饮料（LEUPRO：亮氨酸/蛋白质/碳水化合物/脂肪：7.5/20/89/22 g /h）或等能量安慰剂（碳水化合物/脂肪：119/22 g /h) 。每日蛋白摄入：LEUPRO组为 1.9 g / （kg · d），安慰剂对照组为1.5 g / （kg · d）。利用1-13C-亮氨酸 和6,6-2H2-葡萄糖进行同位素标记，通过质谱分析测量氮平衡，用于确定LEUPRO对蛋白质周转的作用。结果显示， LEUPRO组第一天就可达到正氮平衡[（17 ± 20）mg N / kg]，而对照组[（ -90 ± 44） mg N / kg]需到第二天开始才能达到正氮平衡。与对照组相比，LEUPRO 组血清肌酸激酶降低程度大21%～25% (90% CI = ±14%)。与Nelson AR的研究结果一致，Rowlands DS（BCAA 7）等也发现高蛋白膳食组[1.4 g/（kg·h）碳水化合物，0.7 g/（kg·h）蛋白质 和0.26 g/（kg·h）脂肪]能在第一天便达到正氮平衡 [（249±70） mg N/kg/FFM]。而对照组[2.1 g/（kg·h）碳水化合物，0.1 g/（kg·h）蛋白质 和0.26 g/（kg·h）脂肪]仍处于负氮平衡 (249±70 mg N/kg/FFM)。Nelson AR和Rowlands DS的研究结果均提示运动后补充富含亮氨酸的蛋白质可提高支链氨基酸水平和氮周转，减轻组织损伤。

乳清蛋白所含必需氨基酸种类齐全，并含有丰富的BCAA[29]，Buckley JD[30]等给28位受试者运动后补充250 ml调味水（N=14）或加入25 g乳清蛋白水解物的调味水（N=14），结果显示乳清蛋白水解物能增强肌肉收缩运动后肌力恢复(P=0.006)。

BCAA通过调节蛋白质合成关键通路[31]，促进骨骼肌蛋白质的合成作用[25,28,32]，抑制肌肉蛋白分解[27]，使人体趋于正氮平衡[28,33]，减轻运动导致的肌肉损伤[28]，加速训练后体能的恢复。此外Matsumoto K[34]等发现补充BCAA提高运动员递增负荷运动测试的乳酸阈值，暗示其可能提高耐力，推迟运动性疲劳的出现。此外适当增加BCAA的补给，就可以减少芳香族氨基酸进入大脑，从而减少了5-羟色胺等的产生，就可能有利于推迟中枢疲劳的发生[35]。虽然Thomson JS[30]报道补充BCAA促进耐力自行车运动表现，更多的学者均未发现BCAA对运动表现具有促进作用[25,28]。Negro M[25]等综述得出，补充BCAA能促进肌肉恢复，但不能促进运动表现。

除蛋白质（氨基酸）外，碳水化合物、抗氧化剂等其他营养素也能促进肌肉修复。Luden ND[36]等人的研究显示，运动后摄入碳水化合物—蛋白质—抗氧化物饮料，能降低血浆肌酸激酶和减轻肌痛，减轻运动产生的肌肉损伤。有意思的是，3项[37-39]研究结果表示，与单独补充碳水化合物相比，在等量碳水化合物中加入蛋白质、乳清蛋白或亮氨酸，两组肌力、肌酸激酶、肌痛延迟等反应肌肉损伤恢复的指标都无统计学差异，提示碳水化合物可能通过某些机制发挥与蛋白质及必需氨基酸促进肌肉恢复的类似效应。

4.3 维持内环境稳定

脱水（即水分减少超过体重的2%～3%）可影响运动表现的发挥，补充水分也是恢复阶段很重要的一方面。体液丧失受环境温度影响，高温环境体液丧失明显增多[40]。ADA、DC 和ACSM[18]在最近的一项联合声明中推荐运动员通过运动前、中、后积极补充液体以避免身体脱水。运动前4 h应按5～7 ml/kg体重补充水或运动饮料，运动中应根据体型、出汗和运动强度进行补水以避免体液丢失。运动后每减少1磅体重需要补充16～24盎司（450 ～675 mL）[18]。恢复期较短时，为达到充分补水，推荐运动员每丧失1 kg体重摄入1.5 L液体，选择含钠 0.3～0.7 g /L的饮料以补充电解质[14]。

Carvalho P[41]等在12位运动员的前后3次交叉实验发现，限制液体摄入（NF），与自由摄入水（W）或8%碳水化合物-电解质运动饮料（CSB）相比，脱水程度大[NF：（2.46± 0.87）%，明显高于其他两组：W：（1.08± 0.67）%, P=0 .006；CSB： （0.65± 0.62）%，P= 0.001)、自感疲劳程度高（NF：16.8 ± 1.96，高于其他两组：W ：14.2 ± 1.99, P= 0.004； CSB：13.3 ± 2.06，P= 0.002）。比较不同渗透压液体对补水效果的影响时：Carvalho P[41]发现发现W组体重丢失明显高于CSB组[W：（1.08± 0.67）%；CSB：（0.65± 0.62）% ，P= 0.012]。Merson SJ[42]等给热环境运动后失水量为体重的（1.98±0.1）%的8位男性，摄入体积为体重减少量的150%4种不同NaCl浓度的饮料[NaCl浓度分别为：（1±1） mmol/l，（31±1） mmol/l,（40±1） mmol/l, （50±1） mmol/l]。结果显示尿量与钠摄入量负相关，补充40 mmol/l及50 mmol/l 氯化钠饮料与无钠饮料相比，前二者虽未提高补水后4 h的表现，比后者可明显减少尿量(P < 0.01)，从而更有效的补水。Gethin H. Evans[43]发现随意摄取含等量钠离子（NaCl：31 mmol/l）不同量碳水化合物（葡萄糖：0%，2%及 10%）平均渗透压不同 [（74 ± 1） mOsm/kg，（188± 3） mOsm/kg, 及（654 ± 4 ）mOsm/kg]的3种饮料对体液平衡无影响，暗示钠离子等电解质浓度与渗透压可能通过作用于下丘脑感受器，减少尿量，决定补水效果。

有些特殊类型的水，除可以恢复体液平衡外，对运动疲劳的恢复有特殊作用。Chien-Wen Hou[44]认为深海矿物质水富含多种微量元素，可以加快力竭运动的恢复；Kosuke Aoki[45]等日本学者率先发现富氢水可以减轻氧化应激，降低血乳酸水平，降低运动导致的肌肉功能的下降。碳水化合物—电解质饮料可以在补水的同时补充碳水化合物[41]，是运动恢复阶段的不错选择。此外，近年来发现，运动后补充牛奶和巧克力奶二者促进疲劳恢复的效果可以与碳水化合物—电解质饮料相媲美[46-49]。

运动后及时充分补水，可恢复体液及内环境平衡。补液时需特别注意钠离子的补充，以达到最佳补水效果，需进一步探索补液时最佳钠离子浓度及渗透压。

4.4 改善氧化应激

运动过程中，可检测到脂质过氧化、蛋白质羟基化、硝基酪氨酸内转和DNA氧化等指标升高，暗示大强度运动中存在氧化应激[50]。经过25年的研究，已经确定肌肉产生的自由基可致：（1）膜兴奋性下降，（2）Ca2+释放受损，（3）Ca2+-ATP酶受抑，（4）降低肌纤维功能[51]，在运动疲劳中作用重大。于是学者们希望通过补充抗氧化剂消除氧化应激，促进疲劳恢复。

早期大多数研究主要观察抗氧化营养素（如维生素C、维生素E、β胡萝卜素以及其他微量元素等）的作用，测定连续几周或几月摄入富含上述抗氧化营养素膳食后，肌力、爆发力以及疲劳指标的改变。正如1997—1999年Goldfarb A.H、Kanter M 以及Packer L等人的综述所示，这些研究的结果均不甚理想，即使有氧化应激指标降低，运动表现仍未改善[50]，Joseph M等[52]还发现抗氧化酶过表达仍未能促进肌肉收缩所致疲劳恢复，这些直接质疑了抗氧化剂干预在疲劳恢复中的可能价值。

近年来的研究提示，抗氧化剂如要发挥促进疲劳恢复作用，剂量可能是重要影响因素。Kei Mizuno 等[53]观察辅酶Q10的抗疲劳作用时发现，他们对17位健康受试者进行了3次交叉实验，分别连续8天摄入辅酶Q10低剂量组 (100 mg/d)、 辅酶Q10高剂量组 (300 mg/d)或者安慰剂对照组，测定骑自行车运动30 min及其它运动结束后再骑自行车运动30 min中的最大骑行速度。结果表示口服低剂量组未显示对疲劳恢复有影响，高剂量组，运动30 min及运动结束后的30min自行车最大骑行速度均快于对照组，运动疲劳后的恢复阶段疲劳程度减轻。此外，补充高剂量甲基磺胺甲烷（3 g/d）[54]和N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine NAC）[55]等抗氧化剂，亦有助于运动疲劳恢复。但是值得一提的是，Cobley JN[55]等给受试者大剂量补充NAC，观察到轻微的胃肠道副反应，因此需要进一步研究既能促进表现而无副反应的抗氧化剂最佳补充剂量。

鉴于膳食补充抗氧化营养素促进运动疲劳恢复的研究证据十分有限，发挥抗疲劳作用时所需剂量已超出日常膳食摄入，并可能引起副反应，抗氧化剂干预在疲劳恢复中的价值可能需要重新审视。

4.5 其他具有抗疲劳作用的特殊膳食成分

除了传统意义的营养物质外，还有一些消除疲劳的特殊营养补充品。如肌酸、咖啡因、碳酸氢钠等。

4.5.1 肌酸

肌酸是目前应用最广泛的运动营养品之一。一般认为，服用肌酸可提高运动前骨骼肌中CP的贮量，提高恢复期内CP的再合成速率，还能刺激肌肉的合成[56]。肌酸与运动能力关系密切，对短跑、举重等依赖ATP-CP能量系统的短时间高强度运动尤其有效[18]。口服肌酸可以提高排球运动员的跳跃力[57]，还能明显增大疲劳离体肌肉组织肌力[58]，但是服用肌酸后，会产生如肌肉紧张、肌肉酸胀和体重增加、恶心腹泻等副作用。此外，在摄食大量外源性肌酸时还会抑制自身体内肌酸的合成，故服用时应慎重，不能长时间持续服用[18]。

4.5.2 咖啡因

近5年来，咖啡因在运动疲劳中应用广泛。虽然存在不同意见[21]，一般认为咖啡因的作用与其活化中枢神经系统功能密切相关[18]。此外有学者报道咖啡因还能促进运动后肌糖原再合成[24]，降低肌肉间隙钾累积[59]，提高运动表现[59-61]，具有促进疲劳恢复的作用。但是咖啡因可能引起焦虑、紧张、心动加速、胃肠道不适等副反应，当运动员需要快速恢复体液平衡时，饮料中宜免除咖啡因及酒精。鉴于其不良反应，不鼓励在高能饮料中加入过量的咖啡因、酒精[18]。

4.5.3 碱性盐

运动后乳酸生成增多，血液和肌肉内的PH值下降。服用碱性盐（一般为碳酸氢钠），后可增加体内的碱贮备，减轻肌细胞的酸中毒，维持机体内环境的相对稳定[18]。Zabala M[62]等发现补充碳酸氢钠虽能增加碱储备，但对于自行车越野赛选手比赛表现并未体现促进的作用，而且难以避免如腹泻等副反应。

4.5.4 其他

此外，还有一些L- 肉碱、白藜芦醇、牛磺酸等其他特殊营养物质，在运动疲劳恢复中也能发挥积极作用[45]。

肌酸、咖啡因、碳酸氢钠等特殊营养物质具有一定的促进疲劳恢复的作用，但是这些物质普遍存在一定副作用，鉴于竞技运动的特殊性，需在营养师的指导下慎重使用。

5 结论与建议

运动性疲劳是训练和比赛的过程中难以避免的问题。适度的运动性疲劳通过合理的恢复手段，可以促进人体机能水平的不断提高，而过度疲劳不仅会阻碍运动成绩的提高，还可能会造成各种运动损伤，损害运动员的身体健康。因此促进运动性疲劳恢复的方法和手段一直是运动医学研究的重点。由于竞技运动的特殊性，营养学手段更易为教练员和运动员所接受。运动后，可从恢复糖原储备、修复肌肉损伤、维持内环境稳定以及改善氧化应激等方面促进疲劳恢复。此外，还可在营养师的专业指导下选用特殊营养物质[62]。但由于运动项目不同以及运动员个体差异，对运动后疲劳恢复的营养手段亦有所不同，运动疲劳的个体化营养恢复手段是今后研究的热点。

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