Anatomia

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Anatomia
(Dal greco anatomè, "dissezione"), branca delle scienze naturali che studia l'organizzazione strutturale degli organismi viventi. L'anatomia è una scienza antica, che affonda le sue radici in epoca preistorica. Per secoli le conoscenze anatomiche sono state tratte perlopiù da osservazioni di piante e animali sezionati. Una conoscenza adeguata della struttura dell'organismo vivente non può, tuttavia, prescindere dalla conoscenza delle sue funzioni; pertanto l'anatomia è sostanzialmente inscindibile dalla fisiologia e viene talvolta chiamata anatomia funzionale o anatomia fisiologica. Essendo una delle scienze biologiche di base, l'anatomia è strettamente legata sia alla medicina che ad altre branche delle scienze naturali.
Lo studio dell'anatomia può essere suddiviso in vari modi. Uno di questi è basato sul tipo di organismo studiato e le sue branche principali sono l'anatomia vegetale e l'anatomia animale. Quest'ultima viene, a sua volta, suddivisa in anatomia umana (vedi sotto) e anatomia comparata (lo studio delle somiglianze e delle differenze strutturali tra gli organi nelle varie specie animali). L'anatomia può essere suddivisa anche in base ai processi biologici esaminati: ad esempio, l'anatomia dell'embrione studia la modificazione delle strutture durante lo sviluppo embrionale, mentre l'anatomia patologica si occupa delle alterazioni presenti negli organi malati. Altre suddivisioni collegano l'anatomia ad altri campi di attività e sono, pertanto, comprese sotto la denominazione generale di anatomia applicata. L'anatomia può essere, inoltre, classificata in base alle tecniche utilizzate: la microanatomia, ad esempio, studia strutture visibili solo con l'ausilio del microscopio.
Anatomia umana
Il funzionamento del corpo umano è dovuto all'attività degli apparati, descritti brevemente qui di seguito. L'enciclopedia contiene articoli separati su gran parte degli apparati e degli organi citati, a cui il lettore viene rinviato per una trattazione più completa.
Apparato muscolo-scheletrico
Lo scheletro umano è formato da più di 200 ossa, collegate tra loro dai legamenti, strisce resistenti e relativamente poco elastiche di tessuto connettivo. Le varie parti del corpo presentano un ambito di movimento molto diverso: ad esempio, il braccio può muoversi liberamente a livello della spalla, mentre l'articolazione del ginocchio consente solo un movimento "a cardine" delle gambe; i movimenti delle singole vertebre sono molto limitati e le ossa che formano la scatola cranica sono addirittura fisse. I movimenti delle ossa dello scheletro sono prodotti dalla contrazione dei muscoli, ai quali le ossa sono attaccate per mezzo dei tendini. La contrazione muscolare è controllata dal sistema nervoso.
Sistema nervoso
Il sistema nervoso è diviso in due sezioni principali: il sistema nervoso somatico, che permette il controllo volontario della muscolatura dello scheletro, e il sistema nervoso autonomo, involontario, che controlla i muscoli cardiaci, la muscolatura liscia e le ghiandole. Il sistema nervoso autonomo comprende, a sua volta, due sezioni: il sistema nervoso simpatico e quello parasimpatico. Molti muscoli (ma non tutti) e le ghiandole che distribuiscono gli impulsi nervosi ai principali organi interni possiedono una doppia innervazione; in tal caso, le due sezioni del sistema autonomo possono esercitare effetti opposti. Ad esempio, il sistema simpatico accelera il battito cardiaco mentre quello parasimpatico lo rallenta. Tuttavia, non sempre queste due branche del sistema nervoso sono antagoniste l'una rispetto all'altra: nelle ghiandole salivari, infatti, entrambe eccitano le cellule secretorie. Inoltre, la stessa sezione del sistema nervoso autonomo può sia eccitare che inibire un singolo effettore, come avviene nell'innervazione simpatica dei vasi sanguigni della muscolatura scheletrica. Infine, le ghiandole salivari, i muscoli che provocano l'erezione involontaria dei peli (orripilazione), la muscolatura liscia della milza e i vasi sanguigni della pelle e dei muscoli scheletrici sono innervati solo dalla sezione simpatica.
Il movimento volontario della testa, degli arti e del corpo è prodotto da impulsi nervosi, generati nella zona motoria della corteccia cerebrale e trasportati dai nervi cranici o dai nervi che raggiungono i muscoli scheletrici emergendo dal midollo spinale. Questi impulsi nervosi comprendono sia l'eccitazione delle cellule nervose che stimolano i muscoli interessati, sia l'inibizione delle cellule che stimolano i muscoli dotati di azione antagonista ai primi. Un impulso nervoso consiste in una variazione del potenziale elettrico, che avviene sulla membrana delle cellule o delle fibre nervose; essa viene misurata in millivolt, dura alcuni millisecondi e può essere registrata con l'applicazione di elettrodi. Alcuni movimenti involontari rappresentano la risposta diretta a uno stimolo esterno: ad esempio, un colpetto sul ginocchio provoca uno scatto della gamba, mentre una luce diretta nell'occhio fa contrarre la pupilla. Queste reazioni involontarie sono chiamate riflessi.
Il sistema nervoso centrale riceve costantemente gli impulsi provenienti da diverse terminazioni nervose, i recettori, che possono essere di tre tipi: esterocettori, sensibili al dolore, alla temperatura, al tocco e alla pressione; interocettori, che reagiscono ai mutamenti dell'ambiente interno; propriocettori, che rispondono alle variazioni di movimento, posizione e tensione. Gli impulsi raccolti dai recettori sensoriali, come quelli della vista, dell'udito, dell'olfatto, del tatto e del gusto, sono diretti a particolari aree cerebrali. Non sempre le contrazioni muscolari producono movimento. Solitamente la maggior parte dei muscoli tiene una piccola percentuale delle fibre in uno stato di contrazione continua, detto tono muscolare, necessario a mantenere la postura di un arto, permettendogli di resistere all'allungamento passivo o alla distensione.
Apparato cardiocircolatorio
Nel suo percorso attraverso questo apparato, il sangue viene pompato dal cuore, dalle cavità cardiache di destra, nei polmoni, dove raccoglie l'ossigeno, e fa poi ritorno alle camere cardiache di sinistra. Da esse viene pompato nell'aorta, l'arteria più importante del corpo, che si ramifica in arterie di dimensioni sempre minori fino alle arterie più piccole, chiamate arteriole. Quando il sangue raggiunge i capillari, microscopici vasi dotati di pareti sottili, esso cede l'ossigeno e le sostanze nutritive ai tessuti e assorbe da essi l'anidride carbonica e altri prodotti di scarto del metabolismo. Il sangue completa il suo circuito passando nelle vene di piccolo calibro, che confluiscono formando vasi di diametro crescente, fino a raggiungere la vena cava inferiore e superiore, le vene più grandi dell'organismo, che lo riportano alla parte destra del cuore. Nel suo percorso, il sangue è sospinto soprattutto dalle contrazioni cardiache, ma anche dalla contrazione dei muscoli scheletrici. La presenza di valvole nel cuore e nelle vene assicura il flusso del sangue in una sola direzione.
Sistema immunitario
Il corpo si protegge dalle sostanze estranee e dai microrganismi patogeni grazie a un complesso sistema di difesa, che funziona in base al riconoscimento di parte delle molecole superficiali dell'invasore. Il sistema immunitario è suddiviso in due sezioni funzionali: l'immunità cellulare, in cui l'azione principale è svolta da speciali cellule chiamate linfociti, e l'immunità umorale, basata sull'attività di riconoscimento degli anticorpi.
Quando una sostanza estranea viene riconosciuta dalle cellule del sistema immunitario, essa viene detta antigene; in questo caso, alcuni dei linfociti coinvolti nel riconoscimento iniziano a produrre e a secernere una grande quantità di anticorpi diretti contro l'antigene, mentre altri conservano il ricordo dell'antigene per poter liberare anticorpi in futuro, qualora esso dovesse fare nuovamente la sua comparsa all'interno dell'organismo. Gli anticorpi si attaccano all'antigene, contrassegnandolo in modo che possa essere riconosciuto e distrutto da altre sostanze, prodotte dall'arsenale difensivo dell'organismo; esso comprende il complemento (un complesso di enzimi in grado di produrre fori sulla superficie delle cellule estranee) e i fagociti (cellule che, attirate nell'area di interesse da sostanze liberate dai linfociti attivati, inglobano e digeriscono le sostanze estranee).
I linfociti vengono prodotti nel midollo osseo e si moltiplicano nel timo e nella milza. Circolano nel sangue, attraversando le pareti dei capillari sanguigni per raggiungere le cellule dei tessuti. Da qui migrano alla rete indipendente dei capillari linfatici, paragonabile per estensione al sistema circolatorio. Poi questi capillari confluiscono l'uno nell'altro, formando vasi di diametro sempre maggiore che, alla fine, si collegano alla circolazione del sangue attraverso le vene giugulare e succlavia; valvole presenti nei vasi assicurano il flusso della linfa in una sola direzione. In vari punti della rete linfatica esistono stazioni di raccolta e di produzione dei linfociti, dette linfonodi, che possono ingrossarsi nel corso di una malattia infettiva. In anatomia, la rete dei vasi linfatici viene chiamata sistema linfatico e la sua funzione come veicolo del sistema immunitario venne riconosciuta solo negli anni Sessanta.
Apparato respiratorio
La respirazione è il risultato dell'espansione e della contrazione dei polmoni, controllati a livello cerebrale da appositi centri nervosi. Nei polmoni l'ossigeno penetra nei capillari, dove si combina con l'emoglobina presente nei globuli rossi, e da questi ultimi viene trasportato nei tessuti. Contemporaneamente l'anidride carbonica, che viene ceduta dai tessuti al sangue, a livello polmonare passa dai capillari all'aria. Durante l'inspirazione viene attirata nei polmoni aria ricca di ossigeno e povera di anidride carbonica, mentre attraverso l'espirazione viene espulsa dai polmoni aria ricca di anidride carbonica e povera di ossigeno. I mutamenti delle dimensioni e della capacità del torace sono controllati da contrazioni del diaframma e dei muscoli intercostali.
Apparati digerente ed escretore
L'energia necessaria per il funzionamento e la manutenzione dell'organismo viene fornita dall'ingestione degli alimenti, che vengono ridotti in frammenti attraverso la masticazione (vedi Denti) e mescolati con la saliva prima dell'inizio del processo di digestione. Attraverso l'esofago gli alimenti passano nello stomaco, dove a opera dei succhi gastrici e dei succhi intestinali avviene la digestione. Si forma così una miscela di alimenti e secrezioni, detta chimo, che viene sospinta lungo il canale alimentare dalla peristalsi: essa consiste in una serie di contrazioni ritmiche della muscolatura liscia dell'apparato digerente, è controllata dal sistema nervoso parasimpatico e può essere inibita dal sistema nervoso simpatico. L'assorbimento delle sostanze nutritive presenti nel chimo avviene soprattutto nell'intestino tenue. I materiali non assorbiti, insieme alle sostanze di scarto provenienti dal fegato, passano nell'intestino crasso e infine vengono espulsi sotto forma di feci.
Attraverso il sangue, l'acqua e le sostanze idrosolubili passano nei reni, dove tutte le componenti del plasma sanguigno (acqua, sali e prodotti di rifiuto), tranne le proteine, attraversano le sottili membrane dei capillari sanguigni, raggiungendo così i tubuli renali. Qui le sostanze ancora utili vengono riassorbite, mentre i prodotti di rifiuto vengono convogliati nell'urina, che viene conservata nella vescica fino al momento in cui viene espulsa dal corpo.
Sistema endocrino
Oltre all'azione d'integrazione svolta dal sistema nervoso, le varie funzioni del corpo vengono controllate dalle ghiandole endocrine. L'ipofisi, che costituisce una parte importante del sistema endocrino, si trova alla base del cervello. Questa importante ghiandola secerne una grande varietà di ormoni, tra cui: un ormone che stimola la tiroide e controlla la secrezione, da parte di essa, della tiroxina la quale regola il ritmo del metabolismo nei tessuti; un ormone che controlla la secrezione da parte delle ghiandole surrenali di ormoni che influenzano il metabolismo dei carboidrati, del sodio e del potassio e che controllano la velocità di scambio delle sostanze tra il sangue e i liquidi tessutali; sostanze che controllano la secrezione degli estrogeni e del progesterone da parte delle ovaie e la produzione del testosterone nei testicoli; l'ormone della crescita, o ormone somatotropico, che controlla la velocità di sviluppo dello scheletro e dei grandi organi interni, esercitando un effetto sul metabolismo delle proteine e dei carboidrati; un ormone coinvolto nella lattazione dopo la gravidanza.
Il lobo posteriore dell'ipofisi secerne la vasopressina, che agisce sul rene controllando il volume dell'urina; la carenza di vasopressina provoca il diabete insipido, una malattia che causa l'eliminazione di volumi elevati di urina. Il lobo posteriore elabora anche l'ossitocina, che provoca la contrazione della muscolatura liscia intestinale e delle piccole arterie e viene usata per provocare le contrazioni dell'utero durante il parto. Altre ghiandole del sistema endocrino sono il pancreas, che secerne l'insulina, il glucagone e la somatostatina, e le paratiroidi, le quali secernono un ormone che regola la concentrazione di calcio e di fosforo nel sangue.
Apparato riproduttivo
La riproduzione ha inizio con l'unione dello spermatozoo maschile con l'uovo femminile (vedi Gameti). Nel coito, il pene dell'uomo deposita nella vagina, attraverso l'eiaculazione, più di 250 milioni di spermatozoi, alcuni dei quali riescono a raggiungere l'utero. L'ovulazione, cioè la liberazione di un uovo maturo nell'utero, avviene ogni 28 giorni circa; nello stesso periodo l'utero viene preparato all'impianto di un uovo fecondato dall'azione degli estrogeni. Se la fecondazione non avviene, altri ormoni provocano l'eliminazione dell'uovo non fecondato e dello strato superficiale della parete uterina con le mestruazioni. Dalla pubertà alla menopausa, il processo dell'ovulazione, della preparazione dell'utero e delle mestruazioni si ripete tutti i mesi, tranne nei periodi di gravidanza. La durata della gravidanza è di circa 280 giorni. Dopo il parto la prolattina, un ormone secreto dall'ipofisi, attiva la produzione di latte. Vedi Apparati della riproduzione.
Apparato tegumentario
La pelle è un organo formato da un doppio strato di tessuto, teso sulla superficie del corpo; essa protegge l'organismo dall'evaporazione eccessiva, dal contatto con sostanze esterne pericolose e dalle temperature estreme. Lo strato interno, il derma, contiene le ghiandole sudoripare, i vasi sanguigni, le terminazioni nervose (recettori sensoriali) e la base dei peli e delle unghie. Lo strato esterno, l'epidermide, è meno spesso e contiene pigmenti, pori e dotti; la sua superficie è formata da cellule morte che vengono via via eliminate dal corpo (strato corneo); i peli e le unghie sono modificazioni di queste cellule morte. Le ghiandole sudoripare eliminano materiali di scarto e contribuiscono al raffreddamento del corpo mediante l'evaporazione di goccioline di sudore; i vasi sanguigni del derma favoriscono anch'essi la regolazione della temperatura del corpo (termoregolazione), contraendosi per conservare il calore o dilatandosi per disperderlo. Alcuni tipi particolari di recettori presenti nell'epidermide sono responsabili delle sensazioni di pressione, temperatura e dolore. Le cellule adipose del derma hanno una funzione di isolamento, mentre le ghiandole sebacee lubrificano l'epidermide.
Storia dell'anatomia
Il più antico studio sistematico noto di anatomia è contenuto in un papiro egizio databile attorno al 1600 a.C.; esso rivela la conoscenza, da parte degli scienziati del tempo, della struttura dei visceri, ma non della loro funzione. Più o meno lo stesso grado di conoscenze si riflette negli scritti di Ippocrate, un medico greco del V secolo a.C. Nel IV secolo a.C., Aristotele ampliò molto le conoscenze anatomiche sugli animali. Tuttavia, il primo progresso che conferì all'anatomia umana il rigore di una disciplina scientifica venne compiuto nel secolo seguente dai medici greci Erofilo ed Erasistrato che, sezionando cadaveri, furono i primi a distinguere molte funzioni, tra cui quelle del sistema nervoso e dell'apparato muscolare. Gli antichi romani e gli arabi compirono scarsi progressi in questo campo.
La storia dell'anatomia moderna inizia nel Rinascimento, con la pubblicazione, nel 1543, dell'opera dell'anatomico belga Andrea Vesalio. Prima della pubblicazione di questo trattato, gli anatomici basavano le loro conoscenze sugli scritti di scienziati vissuti più di mille anni prima, come quelli del medico greco Galeno, che peraltro si era limitato alla dissezione e all'osservazione di organi animali. Vesalio e altri anatomici del Rinascimento fondarono, invece, le loro opere sull'osservazione diretta di cadaveri, ponendo così le basi dell'anatomia moderna.
Morfologia
La morfologia è la disciplina che, in anatomia, studia la forma delle strutture dell'organismo. La preoccupazione principale di molte generazioni di morfologi è stata, fino a non molto tempo fa, quella di raccogliere e accumulare una vasta mole di informazioni di tipo descrittivo. Successivamente queste osservazioni, che costituiscono il corpo della morfologia descrittiva, sono state integrate dalla morfologia sperimentale, che oltre a descrivere le strutture, ha cercato, attraverso esperimenti di vario genere, di identificarne la funzione e i fattori, ereditari e ambientali, che ne determinano la forma. Diversamente dall'approccio unicamente descrittivo, la morfologia sperimentale ha anche studiato i rapporti reciproci esistenti tra i diversi organi. Oggi le indagini morfologiche studiano la struttura degli organismi a molti livelli di osservazione: i tessuti, infatti, possono essere analizzati, in modo macroscopico, a occhio nudo; a livello cellulare, con lenti semplici o composte e con l'aiuto di vari tipi di microscopio; a livello molecolare, attraverso metodi di analisi biochimica e genetica.
Anatomia microscopica e sviluppi successivi
L'invenzione, nel XVII secolo, del microscopio composto portò allo sviluppo dell'anatomia microscopica, che viene suddivisa in istologia (studio dei tessuti) e citologia (studio delle cellule). Sempre nel XVII secolo l'anatomico italiano Marcello Malpighi compì le prime osservazioni della struttura microscopica di piante e animali. I più importanti anatomici dell'epoca di Malpighi erano, tuttavia, riluttanti ad accettare l'anatomia microscopica, che oggi costituisce, invece, la base dell'anatomia moderna. Oggi le indagini microscopiche si pongono anche l'obiettivo di identificare il rapporto esistente tra la struttura osservata a occhio nudo e quella fornita dal microscopio.
L'anatomia patologica fu fondata, come disciplina scientifica, dal medico italiano Giambattista Morgagni, mentre l'anatomia comparata fu sistematizzata dal naturalista francese Georges Cuvier alla fine del XVIII secolo. Nel XIX secolo, l'anatomia fece rapidamente molti progressi di grande portata, in gran parte grazie ai perfezionamenti ottenuti nel campo della microscopia ottica e dei metodi di fissazione e colorazione delle cellule e dei tessuti. Vennero, inoltre, perfezionati i metodi della microtomia, che consentono il taglio dei tessuti in sezioni estremamente sottili.
Nel corso del XX secolo l'anatomia microscopica conobbe un ulteriore, importante sviluppo grazie all'introduzione di microscopi, dotati di una risoluzione e di un ingrandimento molto superiori agli strumenti convenzionali e, pertanto, in grado di rivelare dettagli prima poco chiari o invisibili. Rispetto al microscopio ottico convenzionale, il microscopio a luce ultravioletta permette, ad esempio, di ottenere un contrasto maggiore, in quanto le lunghezze d'onda di questi raggi sono minori di quelle della luce visibile (il potere di risoluzione di un microscopio è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda della luce impiegata). Questo tipo di microscopio viene anche utilizzato per sottolineare particolari dettagli, grazie all'assorbimento selettivo, da parte dei tessuti, di determinate lunghezze d'onda presenti nell'ultravioletto. L'invenzione del microscopio elettronico, che rispetto al microscopio ottico raggiunge un potere di risoluzione e livelli d'ingrandimento enormemente superiori, ha consentito di esplorare strutture subcellulari prima intoccabili dall'indagine anatomica. Altri microscopi moderni, come il microscopio a contrasto di fase e il microscopio interferenziale, hanno permesso di osservare materiali viventi privi di colorazione artificiale, i quali sarebbero risultati invisibili al microscopio convenzionale.
La scoperta dei raggi X, compiuta dal fisico tedesco Wilhelm Röntgen, ha consentito agli anatomici di studiare i tessuti e gli apparati all'interno di animali viventi. La prima fotografia ai raggi X, o radiografia, fu realizzata nel 1896 su una mano umana. Le moderne tecniche radiologiche permettono di ottenere immagini tridimensionali dei tessuti molli dei visceri (dopo l'ingestione di particolari liquidi opachi), e di sezioni del corpo, analizzate da fasci di raggi X ed esaminate poi da un computer (vedi Radiologia). Quest'ultima tecnica viene chiamata tomografia computerizzata o TC. Altre tecniche non invasive comprendono l'uso degli ultrasuoni per ottenere immagini dei tessuti molli e l'applicazione dei sistemi di risonanza magnetica nucleare a scopi diagnostici e di ricerca. Un'altra tecnica di indagine anatomica del XX secolo è la coltura in vitro di cellule e tessuti, che permette di crescere parti viventi di un organismo all'esterno del corpo e di studiarne le funzioni, nonché i processi di crescita, moltiplicazione e differenziazione, isolandoli da quelli degli altri tessuti e organi.
Istochimica e citochimica
L'istochimica e la citochimica, due tecniche strettamente collegate, permettono di compiere indagini sulle attività chimiche dei tessuti e delle cellule; ad esempio, la presenza di determinati colori all'interno delle cellule può indicare che si sono verificate particolari reazioni chimiche. Inoltre, l'intensità del colore può essere un indice della forza della reazione. I metodi istochimici sono stati particolarmente utili per lo studio delle attività enzimatiche che catalizzano le reazioni di cellule e tessuti. In realtà, la maggior parte delle conoscenze sugli enzimi sono state acquisite in studi condotti dopo aver estratto e purificato queste molecole dalle cellule di origine. L'avvento dell'istochimica ha consentito agli anatomici di arricchire queste conoscenze, osservando direttamente al microscopio la presenza di una particolare attività enzimatica in un determinato tessuto o misurandone il grado di attività in condizioni differenti.
Un'importante tecnica di istochimica comporta l'uso di isotopi radioattivi per individuare o seguire alcuni elementi chimici presenti nelle cellule e nei tessuti (vedi Isotopo; Dosaggio radioimmunologico; Marcatore isotopico). Per eseguire queste indagini, elementi o composti marcati o "etichettati" con isotopi radioattivi vengono somministrati a organismi viventi, permettendo, ad esempio, al ricercatore di determinare il percorso seguito da queste sostanze attraverso i diversi tessuti. Inoltre, il grado di concentrazione o di diluizione di questi elementi all'interno di specifici compartimenti cellulari può essere valutato misurando le radiazioni emesse da questi tessuti. La tecnica della marcatura dei composti con isotopi radioattivi permette di studiare la distribuzione e la concentrazione degli isotopi in sezioni di tessuto simili a quelle analizzate abitualmente al microscopio. Questa tecnica, chiamata autoradiografia, viene condotta ponendo le sezioni di tessuto marcato radioattivamente a contatto con pellicole ed emulsioni fotografiche sensibili alle radiazioni.
Un'altra tecnica per localizzare i composti chimici in sezioni di tessuto è il microincenerimento, cioè il riscaldamento di sezioni microscopiche fino al punto in cui le sostanze organiche presenti vanno distrutte e resta solo lo scheletro minerale. I minerali residui possono essere, quindi, identificati attraverso particolari procedure chimiche e microscopiche. La microspettrofotometria è un'altra tecnica istochimica che consente di studiare una sezione di tessuto, attraverso l'analisi dei suoi colori. Questa tecnica comporta l'uso di uno strumento, chiamato spettrofotometro, che misura l'intensità di ogni colore in funzione della lunghezza d'onda. La microspettrofotometria può essere impiegata per valutare le caratteristiche delle cellule e dei tessuti, senza sottoporli a colorazione artificiale e misurando il loro grado di assorbimento di particolari lunghezze d'onda. Un'altra applicazione permette di analizzare precisamente la natura e l'intensità delle reazioni dei colori, ottenendo così informazioni precise sulla sede e l'intensità delle reazioni chimiche che avvengono nei diversi compartimenti degli organismi viventi.

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