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Medicine

Utilisation de deux dispositifs d’assistance ventriculaire intracorporelle comme un coeur artificiel Total

doi: 10.3791/55961 Published: May 11, 2018

Summary

Nous présentons ici un protocole à l’aide de deux pompes centrifuges comme substitut de coeur artificiel total.

Abstract

Assistance circulatoire mécanique (STM) a été introduit comme une alternative viable à la transplantation cardiaque au moyen d’intracorporelle ventriculaire aider les dispositifs (DAV) pour la prise en charge du ventricule gauche. Toutefois, certains scénarios cliniques garantissent biventriculaire mécanique. Une stratégie pour certains patients est l’excision des deux ventricules et l’implantation des deux pompes VAD comme un cœur artificiel total (TAH). Cela a récemment été rendue possible par les améliorations dans la conception de l’appareil et la parclose d’appareils centrifuges. Cette approche TAH reste expérimentale à de nombreux défis importants tels que les paramètres du périphérique pour équilibrer la circulation de droite et de gauche, l’orientation des dispositifs et le greffon de sortie avec leur influence sur l’hémolyse et de la stabilité et le résultat de chroniques, prise en charge à l’aide d’une telle orientation. Ce protocole vise à fournir une approche reproductible pour le remplacement de coeur artificiel total avec deux intracorporelle VADs centrifuges dans un modèle de vache.

Introduction

Il y a eu augmentation du nombre de patients atteints d’insuffisance cardiaque, avec environ 5,7 millions d’adultes souffrent de cette condition dans les États-Unis aujourd'hui1. Environ 300 000 patients ont fin étape insuffisance cardiaque avec une espérance de vie de moins d’un an. Transplantation cardiaque reste le traitement de l’étalon-or pour insuffisance cardiaque en phase terminale, il est grandement limitée par le nombre d’organes de donneurs disponibles. MCS a été présenté comme une alternative viable à la transplantation cardiaque en particulier par l’utilisation des VADs2. VADs travaillent en déchargeant le ventricule gauche puis en fournissant des flux vers l’avant (pris en charge par une pompe) directement dans la circulation artérielle. VADs peuvent être implantés comme un pont vers la transplantation, mais aussi une thérapie de destination pour les patients qui ne sont pas admissibles pour une transplantation3. Depuis leur approbation de la FDA il y a moins de dix ans, le nombre annuel des VADs implanté a dépassé nombre de transplantation de coeur, avec ce nombre augmentant exponentiellement4. Toutefois, dans un sous-groupe de patients, l’insuffisance cardiaque est biventriculaire (i.e. affectant les deux le ventricule gauche et droit) et simplement soutenir le ventricule gauche seul ne peut pas fournir une perfusion adéquate. Dans ces situations, le ventricule droit requiert temporaire de soutien mécanique5. Ce type de « RVAD » requiert l’utilisation de canules grands relié à une pompe extracorporelle qui restreint le patient à l’unité de soins intensifs (USI) tandis que le ventricule récupère. Pour un sous-ensemble limité de patients, une autre option est un TAH6,7. Les indications pour l’utilisation de TAH sont : un échec biventriculaire après post infarctus, un défaut septal ventriculaire (VSD), une myopathie restrictive sévère qui s’oppose à une canulation ventriculaire et une greffe du cœur défaillant nécessitant une greffe chronique. Toutefois, l’actuellement approuvé par la FDA TAH périphérique est grande et ne peut pas être utilisé chez les patients plus petits. En outre, les pilotes pneumatiques sont assez importantes et limitent la mobilité du patient.

Une stratégie expérimentale pour certains patients est l’utilisation d’un deuxième VAD pour soutenir le ventricule droit8,9,10. Dans ce scénario, les deux ventricules sont excisées, et deux VADs sont implantés comme une RTA. Ceci a été rendu possible par les améliorations dans la conception de l’appareil et le rétrécissement du profil périphérique. Nouveau VADs centrifuges sont beaucoup plus petites, permettant deux VADs être implantés côte à côte pour soutenir tant la circulation gauche et droite. Cette approche demeure expérimentale à de nombreux défis importants y compris les paramètres du périphérique pour équilibrer la circulation droite et gauche, l’orientation des dispositifs et greffon de sortie avec leur influence sur l’hémolyse et d’autres événements indésirables. Ce protocole vise à offrir une approche reproductible de remplacement TAH avec deux VADs centrifuges dans un modèle de vache.

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Protocol

Appariés selon l’âge (pour les dons de sang si nécessaire) veaux (80 à 90 kg de poids) est pris en charge dans l’animalerie. Logement et toutes les procédures de traitement sont effectuées conformément aux directives de la protection des animaux et utilisation Comité de Duke University Medical Center.

1. ouverture de l’anesthésie

  1. Après avoir jeûné pendant 8 à 12 h, pré médicamenter le veau avec Telazol (4,5 mg/kg/par voie intramusculaire) et ensuite administrer isoflurane (1-4 %) via un masque facial.
  2. Placer la vache en position couchée sur une table chauffée et intuber. Fixer les extrémités de la table avec des attaches fortes.
  3. Placer un cathéter intraveineux (jauge 14 – 20) dans la veine de l’oreille.
  4. Administrer le diazépam (0,22 – 0,44 mg/kg/par voie intraveineuse) si la mastication et la déglutition sont très répandues, ou si l’animal mord sur le tube tube endotrachéal (HE). En outre, administrer s’il est difficile avec intubation pour faciliter l’exposition des voies respiratoires pour l’intubation.

2. les signes vitaux et les paramètres de la ligne centrale

  1. Commencer une ventilation mécanique à un volume de marée de 10 à 15 mL/kg et un taux de 20 – 25 bpm, avec l’isoflurane (0,5 à 4 %) maintenu tout au long de la procédure.
  2. Fixez le tube ET avec des attaches pour n’assurer aucun changement dans la position du tube pendant l’opération.
  3. Surveiller en continu la saturation en oxygène et la fréquence cardiaque tout au long de l’expérience. Régler tout problème avec saturation de ventilation ou de l’oxygène (SaO2) immédiatement. Ceux-ci seront probablement liées à la position de tube, ou paramètres de ventilateur. Si c’est le tube de position, ajuster le tube ET pour atteindre des volumes suffisants de marée.

3. l’accès vasculaire

  1. Bien que ce qui suit peut être fait par voie percutanée par guidage échographique, utiliser un coupé approcher afin de mieux contrôler tout saignement local une fois que l’animal est anticoagulé.
  2. À l’aide de la trachée comme point de repère, raser la fourrure du cou (avec des tondeuses à cheveux) et stériliser la zone à l’aide de Bétadine. Faire une incision linéaire parallèle 1 à 2 cm de la trachée et 20 cm de la manubrium à l’aide d’un scalpel de lame n ° 10.
  3. Diviser le sternocléidomastoïdien et exposer avec soin l’artère carotide commune gauche et la veine jugulaire interne à l’aide d’un outil de cautérisation électrique. Utilisez un rétracteur autoblocants pour aider avec l’exposition. Garder le contrôle proximal et distal de l’artère et la veine avec grands sutures soie (soie taille 0 ou 1) ou boucles de navire.
  4. Canule dans l’artère carotide commune gauche avec un cathéter de calibre 18 pour la surveillance de la pression artérielle. D’air de la ligne et si un saignement se produit, placez une suture en polypropylène 6-0 ou 7-0 dans un mode sac à main-chaîne autour du cathéter.
    1. Fixer le capteur de pression sur la console et transmettre l’onde de pression dans le logiciel sous « pression systémique ». Lire et enregistrer la sortie.
  5. Accéder à la veine jugulaire interne gauche pour fluide et drug administration et surveillance de la pression veineuse centrale. Fixer le capteur de pression sur la console et transmettre l’onde de pression dans le logiciel sous « la pression veineuse centrale ». Lire et enregistrer la sortie.
  6. Fixez les deux lignes dans la partie distale de la peau et le moniteur. Enregistrer la pression veineuse centrale (PVC) de base et la tension artérielle.

4. sternotomie médiane et extra-corporelle (CEC)

  1. Palper le sternum de la manubrium à la xiphoïde pour choisir un emplacement dans la ligne médiane et marquer à l’aide d’un marqueur chirurgical stérile. Raser la fourrure avec une tondeuse à cheveux et stériliser la zone à l’aide de Bétadine. Appliquer un drapé chirurgical stérile.
  2. Faites une incision à l’aide d’une lame de n ° 10 du manubrium jusqu'à la xiphoïde.
  3. Un outil de cautérisation électrique permet de diviser le pectoral vers le bas du sternum, tout en étant parfaitement aligné avec la ligne médiane à l’aide d’une palpation manuelle des bords latéraux du sternum. Marquer la ligne médiane du sternum à l’aide de l’outil de cautérisation électrique. Commencer du sternotomie du fond en divisant la pointe avec des ciseaux lourd.
  4. Étendre du sternotomie céphalique avec une tondeuse de jardin. Après chaque coupe, inspecter le sternum. Palpation numérique sous le sternum et effectuer une dissection émoussée pour aider le cœur et les poumons tomber loin du sternum. Au milieu du sternotomie certains muscle fascia de croisement peut-être être rencontré et ceux-ci sont divisés à l’aide de cautérisation électrique.
  5. Complet du sternotomie complètement vers le manubrium. Prendre soin de rester le long de la ligne médiane que cela sera important pour la guérison.
  6. Une fois terminée la sternotomie, atteindre l’hémostase en marquant les bords de saignement musculaire avec l’outil de cautérisation électrique. Appliquer cire OS jusqu'à la moelle du sternum pour aider avec des saignements résiduels.
  7. Identifier le thymus et supprimez-la à l’aide de l’outil de cautérisation électrique. Entrez le péricarde de façon longitudinale et tenir compte de la membrane jusqu'à l’aorte.
    1. Créer un berceau péricardique utilisant cinq sutures soie 2-0, se rapprochant du péricarde sur la peau pour remonter le cœur et le soutenir. Choisissez tous les coins du péricarde ouvert et apportez-les directement antérieur à la peau à l’aide de sutures en soie.
  8. Créer une fenêtre de 3 pouces de long entre l’aorte et l’artère pulmonaire en disséquant le tissu conjonctif pour permettre le passage de la bride croisée aortique. Appliquer une sac à main-chaîne suture en polypropylène de 4-0 à l’aorte ascendante à une localisation proximale à la bifurcation.
  9. Circonférentiellement libérer la veine cave supérieure (SVC) par dissection, puis appliquez une suture en polypropylène de deuxième bourse chaîne 3-0. Établir l’héparinisation utilisant une dose initiale de 300 U/kg pour atteindre un temps coagulation activé (ACT) supérieur à 400 s.
  10. Une fois que la loi appropriée est obtenue, utiliser une lame n° 11 pour entrer dans l’aorte et insérer une canule artérielle de 18 Fr. D’air la canule et l’attacher à la ligne artérielle du CPB. Ensuite, posez une canule SVC Fr 28 par le CVP et commencez une OPC.
  11. Lors d’un partiel OPC, identifier la veine cave inférieure (VCI) et Cathétériser comme décrit pour le SVC. Le faire lors d’un by-pass car il permet une gestion hémodynamique mieux étant donnée la nécessité de pousser sur le cœur de l’exposition.
    Remarque : Il peut être encore un potentiel pour le développement de l’hypotension comme OPC uniquement sur prise en charge partielle à ce stade. Si l’hypotension est éprouvée, cette étape devrait être faite avec soin et cassée vers le haut pour permettre le cœur de l’animal combler par intermittence.
  12. Une fois la canule IVC est bien insérée, splice dans le circuit principal à l’aide d’un raccord en Y. Boucle du SVC et IVC avec bande ombilicale permettant l’isolement complet sanguin du cœur.

5. Ventriculectomy

  1. Bien que le support complet cardiopulmonaire, piège les SVC et IVC utilisant la bande ombilicale précédemment appliquée. Appliquez une pince croisée aorte proximale sur le site de la canule aortique. Une fois que la position de la pince a été confirmée, commencer la ventriculectomy.
  2. Exciser les tissus ventriculaires circonférentiellement distal par rapport à la rainure auriculo-ventriculaire gauche et droite de 1 à 2 cm. Quitter le bord du muscle ventriculaire avec la mitrale et tricuspide anneaux d’appuyer davantage pour l’implantation des anneaux swing.
  3. L’appareil sous valvulaire pour les valves mitrale et tricuspides du transect comme elles se produisent.
  4. Le muscle de voies de sortie ventricule droit avec le tube de ventricule droit sortie (RVOT) y compris l’excision de la valve pulmonaire de l’accise. En outre, exciser les voies d’écoulement ventriculaire gauche (LVOT), mais préserver la face postérieure de la valve aortique dans le cadre du rideau aorto-mitrales.
  5. Diviser le septum interventriculaire dernière. Identifier l’orifice du sinus coronaire et ligaturer avec sutures polypropylène 5-0.

6. l’implantation des pompes centrifuges flux (CFP)

  1. Utilisation pledgeted, interrompue, sutures tressés 2-0 pour garantir la bague à coudre à l’annulus ventriculaire de tissu et de la valve mitrale. Sortir les sutures sur la surface épicardique de la jante de muscle ventriculaire et à travers l’anneau de la couture. Cette technique évite « plissage vers le haut » des tissus au-dessus de l’anneau qui perturberaient la coaptation de l’anneau avec la pompe.
  2. Utiliser une approche similaire pour fixer l’anneau de la couture à l’annulus rim et tricuspide du ventricule droit de muscle.
  3. Fixez les CFPs pour les bagues à coudre et fixez avec le mécanisme de verrouillage standard. Orienter celles-ci pour permettre l’accès au mécanisme de verrouillage.
  4. Ajustez la longueur de greffon de sortie selon l’orientation du choix. Une fois que la longueur voulue a été identifiée, couper le greffon de sortie. Prendre soin de ne pas rendre la prothèse trop longue qui pourrait causer le vrillage.
  5. Utiliser exécutant des sutures en polypropylène de 4-0 pour s’anastomosent les greffons de reflux à l’aorte (pour le cœur gauche CFP) et l’artère pulmonaire (pour le coeur droit CFP) d’une manière de bout en bout.
  6. Avant de terminer les anastomoses, libérer le ruban sur les canules de drainage SVC et IVC et permettre au sang de remplir la pompe droite et gauche, ce qui commence le processus de radiation airing. Placez une aiguille de calibre 18 dans chacune des greffons pour davantage de diffuser à l’écoulement. Le ventilateur permet de fournir des respirations de grand volume permettant à n’importe quel air emprisonné dans les veines pulmonaires pour être retourné et fait.
    1. Une fois la diffusion terminée, retirer l’aiguille et le site à l’aide de pledgeted de rechange sutures polypropylène 5-0.
  7. Démarrer la pompe à une vitesse faible tr/min (3 000 tr/min) pour permettre la circulation sanguine vers l’avant, initialement avec la pince toujours en place. Ôter la bride croisée aortique et laisser un volume de sang pour entrer dans les pompes.
  8. Augmentez graduellement la vitesse de la pompe comme l’appui cardio-pulmonaire est sevré. Mettre fin à l’OPC et soutenir la circulation entièrement par les pompes à droite et à gauche.
  9. Déterminer les paramètres de vitesse de pompe final par les pressions de remplissage veineux du côté droit et gauche.
  10. Introduire des sondes de pression directement dans l’artère pulmonaire et les veines pulmonaires en utilisant une sac à main-string suture en polypropylène 5-0 à fixer en place.
  11. Transmettre des signaux de pression pour le logiciel sous les étiquettes « artère pulmonaire » et la « veine pulmonaire ». En outre, placer des sondes de débit à ultrasons autour de l’aorte ascendante et l’artère pulmonaire principale.
    Remarque : Tous les 4 canaux devraient maintenant être actifs : 1. « pression systémique », 2. « la pression veineuse centrale », 3. « l’artère pulmonaire » et 4. « veine pulmonaire ».

7. création du flux de dispositif biventriculaire Assist

  1. Alors que diminuer progressivement le débit de la DGPC, augmentez lentement la PCP gauche et puis la bonne vitesse de PCP tout en conservant toujours une vitesse inférieure de PCP droite que la gauche PCP.
  2. Être très attentif à l’hémodynamique, y compris la pression artérielle systémique et CVP. Overcirculation pulmonaire est indiquée par des pressions non physiologiques dans l’artère pulmonaire ou de la veine pulmonaire.
  3. Par la suite, augmenter la PCP gauche et la droite CFP vitesses afin d’atteindre un débit de 4 L/mn sur chaque appareil et sevrer de la DGPC. Lorsqu’on atteint la stabilité hémodynamique, retirer les canules SVC et IVC et les sutures de sac à main-chaîne d’arrimage.
  4. Ensuite, retirer la canule aortique et arrimage de la suture en bourse. Euthanasier l’animal en tournant lentement vers le bas, et puis arrêter les deux pompes PCP tandis que l’animal est sous anesthésie.

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Representative Results

Démontré dans la Figure 1 est la fixation des anneaux à coudre. Figure 1 a montre la « plissage » du tissu ventricule qui peut créer un problème avec la fixation de la pompe. Figure 1 b représente l’accessoire approprié.

Figure 2 et Figure 3 sont deux orientations différentes des pompes. Dans la Figure 2, les pompes sont placés de sorte que les greffons de sortie sont courtes et prendre la sortie directement dans les artères connectées. Dans la Figure 3, les pompes sont orientés de sorte que les greffons de sortie de la PCP droite et gauche CFP tournent autour avant étant anastomosée à l’artère pulmonaire et l’aorte, respectivement. Il reste sans réponse dont l’orientation permet moins de stress pure sur le sang et a mieux le profil hémodynamique dans l’ensemble pour la pompe. En outre, on ignore quelle orientation permet moins de vrillage.

Figure 1
Figure 1 : Fixation des anneaux à coudre.
Paroi A montre une fixation incorrecte de l’anneau de couture remplacement de bon coeur avec le tissu ventriculaire « groupés vers le haut ». Panneau B illustre l’incorporation de bague à coudre correcte dans le tissu ventriculaire. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : Direct orientation de greffon de sortie démontrant la fixation directe de la substitution de bon coeur à l’artère pulmonaire et le remplacement du coeur gauche à l’aorte. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : une orientation différente des sorties greffes à l’artère pulmonaire et l’aorte. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

Dans ce manuscrit, nous décrivons l’utilisation de deux flux centrifuge VADs comme un TAH intracorporelle. Cette technique peut-être très utile pour étudier l’effet de la circulation artificielle sur des organes secondaires tels que les poumons et le foie. En outre, il peut être utile pour l’étude des modifications hémodynamiques de pompe différentes orientations et des scénarios de flux. Les étapes critiques au sein de ce protocole comprennent comment les bagues à coudre sont attachées au tissu ventriculaire tout en intégrant aussi les anneaux valvulaires pour la force. Il est crucial de s’assurer que cette opération est effectuée correctement, comme il affectera la stabilité de l’appareil. En outre, il est important de faire en sorte que les greffons de sortie sont mesurées et couper à la longueur appropriée. Écoulement et l’instabilité de l’appareil de greffe obstruction constituent des problèmes importants qui peuvent se produire si ces deux étapes ne sont pas exécutées avec soin.

Le protocole décrit deux méthodes différentes d’orienter les greffons de sortie qui peuvent être importants d’éviter l’obstruction de greffon de sortie. Dans la première orientation, les greffes de sortie sont connectés directement aux gros vaisseaux respectifs dans une orientation similaire à coeur artificiel Total SynCardia. Dans le second sens, les greffons tournent autour l’autre VAD est couramment employée dans des cas cliniques de VAD.

À l’aide de ce modèle expérimental, on peut étudier avec soin les scénarios hémodynamiques associées à différentes combinaisons de vitesses de la pompe, pour déterminer la façon d’éviter le déséquilibre des circulations côtés gauche et droit. Par exemple, les mesures directes des pressions de l’artère pulmonaire et de la veine pulmonaire aorte, permettent une évaluation en temps réel de l’état hémodynamique dans l’ensemble de l’animal. Cela sera très important pour définir les paramètres de vitesse correcte sur les pompes permettant des circulations équilibrées de droite et gauche avec : la pression de perfusion artérielle adéquate ; pressions pulmonaires normales pour éviter les risques de congestion pulmonaire ; et les pressions veineuses centrales normales afin d’éviter une congestion veineuse rénale ou hépatique. Les appareils disponibles sur le plan clinique, « flow » est un paramètre calculé qui n’est pas mesuré directement. Dans ce protocole, nous mesurerons directement les flux à deux endroits pour plus de l’évaluation précise de l’hémodynamique.

En conclusion, ce manuscrit décrit l’utilisation de deux pompes centrifuges flux comme un coeur artificiel total pour remplacement biventriculaire intracorporelle dans un modèle de vache.

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Disclosures

Ce travail a été rendu possible grâce à une subvention de recherche de l’abbé Medical à Dr Milano.

Acknowledgments

Nous tenons à remercier Laura Janney et abbé médical pour un financement partiel. Nous tenons également à remercier les Services de Perfusion de Duke et le grand noyau chirurgicale de l’Animal pour leur aide durant les opérations de.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SPO2  and heart rates are to be monitored: Multiparameter Meditech Equipment, Co., Ltd. MD-908 hemodynamic monitor intraoperatively
Viscot Mini XL Surgical Markers Amazon B007P550WG marking sternum before incision
60W High Power Electric Pet Cat Rabbits Horse Animal Hair Cutting Clipper LILY International Business CO., LIMITED  ZP-293 Fur shaving
No. 10 scalpel blade Swann-Mortan, England 301 Skin incision
Matzenbaum scissor BD-V. Mueller, USA CH2006-001 Vascular exploration
Scissors Felco, USA FELCO 200A-50, Felco Professional Bypass Lopper For sternotomy
A self-retractor BD-V. Mueller, USA AU19270 SCHUKNECHT Self-Retaining Postauricular Retractor, 
Sternal retractor BD-V. Mueller, USA CH6950-007 Cooley sternal retractor
Pressure transducer (Millar Mikro-Tip, 5Fr) Millar, USA MillarMikro-Tip, SPR-350S Assessment for pulmonary artery or venous pressure
AD instruments (PowerLab) AD instruments, USA PowerLab 16/35 Pressure signal transduction
Umbilical tapes Medline industries Inc., USA U11 For isolation and snaring of superior or inferior vena cava
Vessel loops Aspen Surgical, USA 3901, 3902 and 3904 Isolation of vessels
Silk sutures, 2-0 Ethicon US, LLC, USA SA11G For snare of superior or inferior vena cava
Ticron 2-0 Covidien, USA TicronTM suture Vascular suture
Prolene, 7-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Prolene, 6-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Prolene, 4-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Prolene, 3-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Aortic cannula, 15-18 Fr Medtronic, USA Elongated-One-Piece-Arterial cannula 3D Aortic cannula for setting of cardiopulmonary bypass
Venous cannula, 28Fr Edwards Lifesciences single stage Venous cannula for setting of cardiopulmonary bypass

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References

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Cite this Article

Bishawi, M., Roan, J. N., Richards, J., Brown, Z., Blue, L., Daneshmand, M. A., Schroder, J. N., Bowles, D. E., Milano, C. A. Use of Two Intracorporeal Ventricular Assist Devices As a Total Artificial Heart. J. Vis. Exp. (135), e55961, doi:10.3791/55961 (2018).More

Bishawi, M., Roan, J. N., Richards, J., Brown, Z., Blue, L., Daneshmand, M. A., Schroder, J. N., Bowles, D. E., Milano, C. A. Use of Two Intracorporeal Ventricular Assist Devices As a Total Artificial Heart. J. Vis. Exp. (135), e55961, doi:10.3791/55961 (2018).

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