賈 誼， 薛瑞婷

(中北大學(xué) 體育學(xué)院， 山西 太原 030051)

起跳高度是評(píng)價(jià)排球運(yùn)動(dòng)員扣球能力的重要參考指標(biāo)。[1-3]與高水平運(yùn)動(dòng)員相比， 大學(xué)生排球運(yùn)動(dòng)員由于訓(xùn)練水平和身體條件等原因， 在完成扣球起跳動(dòng)作時(shí)， 往往會(huì)出現(xiàn)起跳高度的損失， 從而影響了動(dòng)作效率。[4]

眾所周知， 排球扣球起跳動(dòng)作是一個(gè)由中樞神經(jīng)系統(tǒng)所支配的， 人體多環(huán)節(jié)協(xié)同配合完成的高度復(fù)雜的動(dòng)作。[5]其中， 下肢肌肉的協(xié)同配合與發(fā)力尤為重要。 因此， 研究扣球起跳動(dòng)作過(guò)程中的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制并找到其中的普遍性規(guī)律， 對(duì)指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練具有非常重要的意義。

表面肌電信號(hào)分析技術(shù)是一項(xiàng)較為成熟的研究神經(jīng)肌肉控制機(jī)制的技術(shù)。 與傳統(tǒng)的針電極探測(cè)手段相比， 其具有無(wú)創(chuàng)性和便攜性等特點(diǎn)， 因此， 常被用來(lái)進(jìn)行臨床康復(fù)的監(jiān)控和運(yùn)動(dòng)員動(dòng)作技術(shù)的分析。[6]本研究旨在通過(guò)采集排球運(yùn)動(dòng)員扣球起跳過(guò)程中， 下肢肌肉的表面肌電信號(hào)， 來(lái)分析在此過(guò)程中， 人體下肢肌肉協(xié)調(diào)配合的規(guī)律和特征， 以此為依據(jù)， 給排球運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

1 研究對(duì)象與研究方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為大學(xué)生排球運(yùn)動(dòng)員九名， 平均年齡為21.2±0.83歲， 平均身高為188.18±4.63 cm， 平均體重為83.29±8.41 kg。 參加測(cè)試期間無(wú)損傷。 運(yùn)動(dòng)員基本信息見(jiàn)表 1。

表 1 排球運(yùn)動(dòng)員基本信息統(tǒng)計(jì)表

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)的采集

本研究采用美國(guó)產(chǎn)Noraxon l6導(dǎo)遙測(cè)肌電DTS系統(tǒng)對(duì)九名大學(xué)生排球運(yùn)動(dòng)員的扣球起跳動(dòng)作進(jìn)行數(shù)據(jù)采集， 采樣頻率為1 500 Hz。 使用Basler高速攝像機(jī)進(jìn)行動(dòng)作視頻的采集， 拍攝頻率為50 Hz。 動(dòng)作錄像與肌電數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集。

實(shí)驗(yàn)所需器材包括電極片、 肌肉膠布、 雙面膠、 酒精、 棉簽等。 提前告知排球運(yùn)動(dòng)員測(cè)試步驟并做好熱身活動(dòng)， 防止受傷。 粘貼電極時(shí)應(yīng)先對(duì)皮膚進(jìn)行清潔處理， 準(zhǔn)確粘貼電極位置， 電極貼于所測(cè)肌肉的肌腹位置， 與肌纖維走向一致， 并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)固定。 對(duì)排球運(yùn)動(dòng)員的助跑起跳動(dòng)作進(jìn)行多次采集， 選取其中三次， 求取平均值。

1.2.2 肌肉的選取

測(cè)試選取的是使下肢髖、 膝、 踝三關(guān)節(jié)活動(dòng)的主要肌肉， 包括： 股直肌、 股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 股二頭肌、 脛骨前肌、 腓腸肌內(nèi)側(cè)、 腓腸肌外側(cè)。

1.2.3 動(dòng)作時(shí)相的劃分

本研究采集范圍為整個(gè)起跳階段(從右腳著地開(kāi)始到雙腳離地結(jié)束)， 起跳階段分為起跳緩沖階段和起跳蹬伸階段。 其中， 起跳緩沖階段從右腳著地(T1時(shí)刻)開(kāi)始到膝關(guān)節(jié)角度最小(T2時(shí)刻)結(jié)束； 起跳蹬伸階段從膝關(guān)節(jié)角度最小(T2時(shí)刻)開(kāi)始到雙腳離地(T5時(shí)刻)結(jié)束。

1.2.4 數(shù)據(jù)的處理與分析

本研究使用肌電系統(tǒng)對(duì)原始肌電信號(hào)進(jìn)行整流、 濾波、 標(biāo)準(zhǔn)化處理后， 使用MyoResearch XP Master Edition分析軟件進(jìn)行積分肌電等數(shù)據(jù)的分析。

2 結(jié) 果

2.1 起跳緩沖階段排球運(yùn)動(dòng)員下肢肌肉的表面肌電特征

從圖 1 可知， 排球運(yùn)動(dòng)員右腳著地時(shí)， 右腿脛骨前肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)最先開(kāi)始放電活動(dòng)； 當(dāng)膝關(guān)節(jié)角度最小時(shí)， 右腿股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 股直肌的放電活動(dòng)最強(qiáng)， 且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)， 一直持續(xù)至雙腳離地。 在緩沖階段， 右腿股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 脛骨前肌放電活動(dòng)較強(qiáng)； 在蹬伸階段， 右腿除股二頭肌和脛骨前肌外， 其他肌肉的放電活動(dòng)較強(qiáng)。

注： T1為右腳著地時(shí)刻， T2為膝關(guān)節(jié)角度最小時(shí)刻， T3為左腳著地時(shí)刻， T4為右腳離地時(shí)刻， T5為左腳離地時(shí)刻圖 1 排球運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)右腿肌肉的表面肌電圖

從圖 2 可知， 排球運(yùn)動(dòng)員左腳著地前， 左腿脛骨前肌和股直肌已經(jīng)提前開(kāi)始放電； 在左腳著地后， 左腿脛骨前肌和股直肌的放電活動(dòng)變小， 左腿股二頭肌和腓腸肌外側(cè)開(kāi)始放電活動(dòng)； 當(dāng)膝關(guān)節(jié)角度達(dá)到最小時(shí)， 左腿股直肌持續(xù)放電， 而其他肌肉的放電活動(dòng)較弱。 在緩沖階段， 左腿股直肌、 脛骨前肌的放電活動(dòng)較強(qiáng)； 在蹬伸階段， 左腳著地后股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 腓腸肌內(nèi)側(cè)、 腓腸肌外側(cè)的放電活動(dòng)較強(qiáng)， 且小腿肌群的肌肉激活持續(xù)時(shí)間比大腿肌群長(zhǎng)。

注： T1為右腳著地時(shí)刻， T2為膝關(guān)節(jié)角度最小時(shí)刻， T3為左腳著地時(shí)刻， T4為右腳離地時(shí)刻， T5為左腳離地時(shí)刻圖 2 排球運(yùn)動(dòng)員起跳時(shí)左腿肌肉的表面肌電圖

2.1.1 起跳緩沖階段排球運(yùn)動(dòng)員下肢積分肌電值的特征

由表 2 可知， 在起跳緩沖階段， 排球運(yùn)動(dòng)員右

腿股外側(cè)肌的積分肌電值最大， 為361 μVs， 脛骨前肌的積分肌電值也達(dá)到300 μVs以上， 說(shuō)明其在緩沖階段興奮性較高， 放電活動(dòng)較強(qiáng)； 股內(nèi)側(cè)肌的積分肌電值在250 μVs以上， 肌肉的動(dòng)員程度也較高； 腓腸肌內(nèi)側(cè)、 股直肌、 股二頭肌和腓腸肌外側(cè)的積分肌電值較小， 在150 μVs左右， 且其中腓腸肌外側(cè)的積分肌電值最小， 說(shuō)明其在緩沖階段的放電活動(dòng)較弱。

由表 3 可知， 在起跳緩沖階段， 排球運(yùn)動(dòng)員左腿脛骨前肌的積分肌電值最大， 為205 μVs， 說(shuō)明其在緩沖階段興奮性較高， 放電量較大； 股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 股直肌和股二頭肌的積分肌電值處于110～140 μVs之間； 腓腸肌外側(cè)和腓腸肌內(nèi)側(cè)積分肌電值最小， 放電活動(dòng)一致， 均不足100 μVs， 說(shuō)明其在緩沖階段的放電活動(dòng)較小。

表 2 排球運(yùn)動(dòng)員起跳緩沖階段右腿肌肉的積分肌電值 單位： μVs

表 3 排球運(yùn)動(dòng)員起跳緩沖階段左腿肌肉的積分肌電值 單位： μVs

本研究采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方式對(duì)排球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行起跳緩沖階段左右腿積分肌電值的差異比較。 從表 4 中可知： 股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 股二頭肌、 和腓腸肌內(nèi)側(cè)的P值分別為0.009、 0.007、 0.037和0.008， 由此可知， 在扣球起跳的緩沖階段， 左、 右股二頭肌的肌肉放電量有顯著性差異。 左、 右腿股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)的肌肉放電量有非常顯著性差異。

表 4 排球運(yùn)動(dòng)員起跳緩沖階段左、 右腿積分肌電值對(duì)比

2.1.2 起跳蹬伸階段排球運(yùn)動(dòng)員下肢積分肌電值的特征

由表 5 可知， 在起跳蹬伸階段， 排球運(yùn)動(dòng)員右腿股外側(cè)肌、 股內(nèi)側(cè)肌的積分肌電值較大， 分別為412 μVs和316 μVs， 說(shuō)明其是蹬伸階段使用的主要肌群； 腓腸肌外側(cè)、 腓腸肌內(nèi)側(cè)的積分肌電值相對(duì)較大， 達(dá)到200 μVs以上， 說(shuō)明其是足部完成快速蹬伸動(dòng)作的主要肌肉； 股直肌、 股二頭肌、 脛骨前肌的肌肉貢獻(xiàn)率在150 μVs左右， 為蹬伸動(dòng)作的完成起輔助作用， 其中脛骨前肌的肌肉貢獻(xiàn)率最低。

表 5 排球運(yùn)動(dòng)員起跳蹬伸階段右腿肌肉的積分肌電值 單位： μVs

由表 6 可知， 在起跳蹬伸階段， 排球運(yùn)動(dòng)員左腿股外側(cè)肌、 股內(nèi)側(cè)肌的積分肌電值較大， 分別為429 μVs和350 μVs， 說(shuō)明其是蹬伸階段使用的主要肌群； 腓腸肌外側(cè)、 腓腸肌內(nèi)側(cè)和股直肌的積分肌電值相對(duì)較大， 達(dá)到200μVs以上， 說(shuō)明是踝關(guān)節(jié)完成快速蹬伸動(dòng)作的主要肌肉； 股二頭肌和脛骨前肌的積分肌電值較小； 且脛骨前肌的積分肌電值最小。

表 6 排球運(yùn)動(dòng)員起跳蹬伸階段左腿肌肉的積分肌電值 單位： μVs

本研究采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方式進(jìn)行起跳蹬伸階段左右腿積分肌電值的差異比較。 從表 7 可知， 在起跳蹬伸階段， 排球運(yùn)動(dòng)員左、 右腿七塊肌肉的積分肌電值均無(wú)顯著性差異， 積分肌電值左腿大于右腿。

表 7 排球運(yùn)動(dòng)員起跳蹬伸階段左、 右腿積分肌電值對(duì)比

2.1.3 起跳緩沖階段排球運(yùn)動(dòng)員下肢肌肉貢獻(xiàn)率的特征

由表 8 可知， 在起跳緩沖階段， 排球運(yùn)動(dòng)員右腿股外側(cè)肌的肌肉貢獻(xiàn)率最大， 為18%以上， 脛骨前肌的肌肉貢獻(xiàn)率也達(dá)到13%， 說(shuō)明其在緩沖階段起著非常重要的作用； 股直肌、 股內(nèi)側(cè)肌、 腓腸肌內(nèi)側(cè)的肌肉貢獻(xiàn)率在8%左右， 貢獻(xiàn)率雖然不高， 但也起著不可或缺的作用； 股二頭肌和腓腸肌外側(cè)的肌肉貢獻(xiàn)率最小， 說(shuō)明其在緩沖階段的利用率較低。

表 8 排球運(yùn)動(dòng)員起跳緩沖階段右腿肌肉的貢獻(xiàn)率 單位： %

由表 9 可知， 在起跳緩沖階段， 左腿脛骨前肌的肌肉貢獻(xiàn)率最大， 為7%以上， 說(shuō)明其在緩沖階段起著非常重要的作用； 股直肌、 股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 股二頭肌的肌肉貢獻(xiàn)率約為4%， 且股直肌和股二頭肌的肌肉貢獻(xiàn)率較一致； 腓腸肌內(nèi)側(cè)和腓腸肌外側(cè)的肌肉貢獻(xiàn)率最小， 不足3%， 說(shuō)明其在緩沖階段的作用較小。

圖 3 排球運(yùn)動(dòng)員起跳緩沖階段左、 右腿的肌肉貢獻(xiàn)率

從圖 3 可知， 起跳緩沖階段左、 排球運(yùn)動(dòng)員右腿肌肉的利用率不均衡， 右腿大于左腿。 右腿股外側(cè)肌和脛骨前肌的利用率較高， 是主要做功肌肉； 大腿肌群中股外側(cè)肌的貢獻(xiàn)率最高， 小腿肌群中脛骨前肌的貢獻(xiàn)率最高。

本研究采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方式對(duì)排球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行起跳緩沖階段左右腿肌肉貢獻(xiàn)率的差異比較。 從表 10 可知， 股直肌、 股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 脛骨前肌、 腓腸肌內(nèi)側(cè)的P值分別為0.044、 0.001、 0.004、 0.029、 0.007， 由此可知， 在起跳緩沖階段， 左、 右腿股直肌、 脛骨前肌的肌肉貢獻(xiàn)率有顯著性差異； 左、 右腿股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 腓腸肌內(nèi)側(cè)的肌肉貢獻(xiàn)率有非常顯著性差異。

表 10 排球運(yùn)動(dòng)員起跳緩沖階段左、 右腿肌肉貢獻(xiàn)率對(duì)比

2.1.4 起跳蹬伸階段排球運(yùn)動(dòng)員下肢肌肉貢獻(xiàn)率的特征

由表 11 可知， 在起跳蹬伸階段， 右腿股外側(cè)肌的肌肉貢獻(xiàn)率最大， 達(dá)到13%以上， 股內(nèi)側(cè)肌的肌肉貢獻(xiàn)率也高達(dá)8%， 說(shuō)明其在蹬伸階段起著非常重要的作用； 腓腸肌內(nèi)側(cè)、 腓腸肌外側(cè)和脛骨前肌的肌肉貢獻(xiàn)率在6%以上， 是完成蹬伸動(dòng)作的輔助肌群； 股二頭肌和股直肌的肌肉貢獻(xiàn)率最小， 不足5%， 說(shuō)明其在蹬伸階段的利用率較低。

表 11 排球運(yùn)動(dòng)員起跳蹬伸階段右腿肌肉的貢獻(xiàn)率 單位： %

由表 12 可知， 在起跳蹬伸階段， 排球運(yùn)動(dòng)員左腿股外側(cè)肌的肌肉貢獻(xiàn)率最大， 達(dá)到11%， 股內(nèi)側(cè)肌的肌肉貢獻(xiàn)率也高達(dá)9%， 說(shuō)明其在蹬伸階段起著非常重要的作用； 腓腸肌內(nèi)側(cè)、 腓腸肌外側(cè)、 股直肌、 股二頭肌、 脛骨前肌的肌肉貢獻(xiàn)率也在5%以上， 肌肉活動(dòng)分配較均勻， 無(wú)較大或較小數(shù)據(jù)的存在。

表 12 排球運(yùn)動(dòng)員起跳蹬伸階段左腿肌肉的貢獻(xiàn)率 單位： %

圖 4 排球運(yùn)動(dòng)員起跳蹬伸階段左、 右腿的肌肉貢獻(xiàn)率

從圖4可知， 在起跳蹬伸階段， 排球運(yùn)動(dòng)員左、右腿肌肉貢獻(xiàn)率差距較小。 除股外側(cè)肌和腓腸肌外側(cè)之外， 其余五塊肌肉的貢獻(xiàn)率均是左腿高于右腿， 且左、 右腿股外側(cè)肌和腓腸肌外側(cè)的肌肉貢獻(xiàn)率差值較其他肌肉的大； 排球運(yùn)動(dòng)員在完成整個(gè)蹬伸動(dòng)作時(shí)， 大腿肌群中股外側(cè)肌的肌肉貢獻(xiàn)率較高； 小腿肌群中的各肌肉貢獻(xiàn)率大小較一致。

本研究采用配對(duì)樣本T檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方式對(duì)排球運(yùn)動(dòng)員進(jìn)行起跳蹬伸階段左、 右腿肌肉貢獻(xiàn)率的差異比較。 從表 13 可知， 在起跳蹬伸階段， 左、 右腿七塊肌肉的獻(xiàn)率沒(méi)有顯著性差異。

表 13 排球運(yùn)動(dòng)員起跳蹬伸階段左、 右腿肌肉貢獻(xiàn)率對(duì)比 單位： %

3 分析與討論

在起跳緩沖階段， 排球運(yùn)動(dòng)員的左、 右腿股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 股二頭肌和腓腸肌內(nèi)側(cè)的積分肌電值存在顯著性差異的原因可能是： 首先， 右腿作為優(yōu)勢(shì)側(cè)， 其積分肌電值大于左腿， 且膝關(guān)節(jié)作用肌肉股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌為右腿主要發(fā)力肌肉， 右腿大于左腿； 其次， 在起跳緩沖階段， 排球運(yùn)動(dòng)員左、 右膝關(guān)節(jié)活動(dòng)的不同， 導(dǎo)致左、 右腿股二頭肌產(chǎn)生較大的差異； 另外， 排球運(yùn)動(dòng)員是助跑起跳， 沒(méi)有制動(dòng)， 依靠右腿助跑并起跳， 肌肉會(huì)連續(xù)性使用， 為輔助大腿肌群做制動(dòng)動(dòng)作， 腓腸肌內(nèi)側(cè)的放電活動(dòng)會(huì)比較強(qiáng)， 左腿作為擺動(dòng)腿， 其腓腸肌內(nèi)側(cè)的放電活動(dòng)本身較弱， 會(huì)造成左、 右腿腓腸肌內(nèi)側(cè)的積分肌電值產(chǎn)生顯著性差異。

在起跳蹬伸階段， 排球運(yùn)動(dòng)員的左、 右腿肌肉的積分肌電值均無(wú)顯著性差異， 其原因可能如下幾點(diǎn)： 第一， 排球運(yùn)動(dòng)員在起跳蹬伸階段， 為保證動(dòng)作穩(wěn)定性而有意識(shí)地犧牲了部分起跳高度。 有學(xué)者認(rèn)為， 雖然雙腳起跳的高度僅有單腳起跳高度的50%[7,8]， 但其穩(wěn)定性卻是單腳起跳時(shí)的2～3倍。[9,10]很顯然， 在本研究中， 排球運(yùn)動(dòng)員通過(guò)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控， 將更多的精力放在了對(duì)擊球點(diǎn)準(zhǔn)確性的把控上， 這就勢(shì)必會(huì)影響到其下肢肌肉的協(xié)同模式， 根本原因還是由于他們訓(xùn)練水平或技能水平有限， 繼而對(duì)擊球時(shí)間和擊球點(diǎn)的把握不夠精準(zhǔn)導(dǎo)致。 第二， 與其他項(xiàng)目不同， 排球扣球起跳動(dòng)作需要運(yùn)動(dòng)員雙臂同時(shí)下擺， 以最大程度降低人體重心的方式進(jìn)行制動(dòng)， 以防止身體觸網(wǎng)犯規(guī)。 這種擺臂方式也決定了排球扣球起跳動(dòng)作， 在起跳蹬伸階段必須以雙腳同時(shí)發(fā)力的方式起跳， 否則， 會(huì)出現(xiàn)由于身體前沖過(guò)猛而觸網(wǎng)犯規(guī)的情況。

在起跳緩沖階段， 排球運(yùn)動(dòng)員的左右腿股直肌、 股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌、 脛骨前肌、 腓腸肌內(nèi)側(cè)的肌肉貢獻(xiàn)率存在顯著性差異的原因可能是： 首先， 緩沖階段的時(shí)候是右腿先發(fā)力且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)， 左腿后發(fā)力且持續(xù)時(shí)間短， 就會(huì)造成左、 右腿肌肉的貢獻(xiàn)率存在顯著性差異； 其次， 緩沖階段右腿為控制膝關(guān)節(jié)角度， 大腿前側(cè)肌群的貢獻(xiàn)率會(huì)較高， 大腿后側(cè)股二頭肌貢獻(xiàn)率低， 左腿作為擺動(dòng)腿， 股二頭肌的貢獻(xiàn)率不高； 最后， 左、 右腳在緩沖過(guò)程中無(wú)腳尖朝外的動(dòng)作， 腓腸肌外側(cè)的貢獻(xiàn)率均比較低。

在起跳蹬伸階段， 排球運(yùn)動(dòng)員左、 右腿肌肉貢獻(xiàn)率均無(wú)顯著性差異的原因可能是： 蹬伸階段由于身體重心由右腿過(guò)渡到左腿， 雙腳同時(shí)蹬地， 為克服身體重力， 表現(xiàn)出左腿肌群放電總量較大， 但為維持機(jī)體平衡， 放電量不會(huì)存在較大差異。

股直肌在排球運(yùn)動(dòng)員整個(gè)起跳動(dòng)作中起到的作用不是很大， 而股內(nèi)側(cè)肌、 股外側(cè)肌在其起跳緩沖和蹬伸階段則起到非常重要的作用。 這可能與排球運(yùn)動(dòng)員在起跳過(guò)程中的蹬轉(zhuǎn)動(dòng)作有關(guān)。 在本研究中， 排球運(yùn)動(dòng)員是在二號(hào)位和四號(hào)位的位置做扣球起跳動(dòng)作， 助跑方向都是斜向球網(wǎng)， 而在落地后， 身體又轉(zhuǎn)向正對(duì)球網(wǎng)方向， 因此， 在起跳過(guò)程中， 需要排球運(yùn)動(dòng)員大腿兩側(cè)， 即股內(nèi)側(cè)和外側(cè)肌群發(fā)力， 從而完成運(yùn)動(dòng)員身體的轉(zhuǎn)向。

4 結(jié) 論

在起跳緩沖期， 排球運(yùn)動(dòng)員的右腿為主要發(fā)力腿， 雙腿肌電信號(hào)呈現(xiàn)不同時(shí)序特征； 在完成排球扣球起跳動(dòng)作時(shí)， 其中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)下肢肌肉的控制存在協(xié)同性和非對(duì)稱(chēng)性特征； 在起跳蹬伸階段， 左右下肢肌肉表現(xiàn)出比緩沖階段更高的協(xié)同性。

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