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Protein – So wurde es noch nie betrachtet

Liebe Blog-Leserinnen und Blog-Leser, Liebe PEAK-Kundinnen und Kunden,

Proteinpulverin einem meiner letzten Artikel habe ich mich mit der Frage nach der richtigen Makronährstoffverteilung befasst. Hierbei ging es insbesondere um den Anteil an Kohlenhydraten in der Ernährung für unterschiedliche Zielsetzungen bei Sportlern. In diesem Rahmen konnte ich herausfinden, dass ein bestimmter Grundbedarf für alle drei Makronährstoffe gegeben ist, der möglichst bedarfs- und zielorientiert festgelegt werden muss.

Auch für Protein muss man sich derartige Gedanken machen, insbesondere darüber, wie viel davon sinnvoll und zweckmäßig erscheinen. Anders als bei Kohlenhydraten, deren hauptsächliche (aber nicht einzige) Aufgabe darin besteht, Energie bereitzustellen, muss man sich bei Protein mit wesentlich mehr Körperfunktionen auseinandersetzen, die allesamt auf Protein angewiesen sind. Neben der reinen Aufrechterhaltung des Protein-Turnover dienen sie auch als Funktions- oder Strukturbestandteile, werden oxidiert oder via Gluconeogenese zu Glucose umgebaut. Ein großes Thema bei Protein ist auch die tatsächliche Aufnahme (genannt Absorption) sowie der Einfluss auf Hormone wie Insulin und Glukagon, die sich stark in die Beeinflussung der Körperzusammensetzung einschalten.

Der heutige Artikel befasst sich aus diesem Grund mit einigen Gegebenheiten zu Protein, die so bis dato nur Recht selten thematisiert wurden.

Viel Spaß!

MRUS – Ein alternativer Weg zur Bestimmung des Proteinmaximums

Studien wie die von Lemon oder Forslund et al bescheinigen neben etlichen Publikationen von Sportinstituten einen erhöhten Proteinbedarf für Sportler und das sowohl im Ausdauersport als auch im Kraftsport. Wie hoch die einzelnen Empfehlungen ausfallen, lässt sich in meinem hierzu bereits veröffentlichten Artikel nachlesen (siehe unten).

Mit dieser Information im Gepäck gilt es nun, vorab zu beantworten, bis zu welcher Menge man von einer dauerhaften Proteineinnahme keine negativen Folgen zu erwarten hat. Hier bescheinigt Poortmans schon im Jahre 2000 ausbleibende negative Effekte auf die Nierenfunktion mit einer Aufnahmemenge unter 2,8g pro Kilogramm Körpergewicht an Nierengesunden. Rudman et al zur Folge lässt sich die maximale Aufnahmemenge von Protein über einen Algorithmus bestimmen, der sich auf die mögliche Bildung von Harnstoff als Teil des Proteinabbaus in den Leberzellen bezieht. Er bezeichnet dies als MRUS – „Maximal Rate of Urea Synthesis“. Dieser Algorithmus ist abhängig vom Körpergewicht und lässt sich vereinfacht und bezogen auf eine MRUS von 65mg Harnstoff-N ∙ h-1 ∙ kg-0,75 wie folgt darstellen:

Protein MRUS

Die zweite Zahlenreihe bezieht zur maximalen Umbaurate allem über die Leber metabolisierten Proteins zudem den Proteinanteil mit ein, der nicht abgebaut werden muss, da er direkt für strukturelle oder funktionelle Zwecke wie die Gewebsreparatur, Hormonbildung, Antikörperbildung, Enzymbildung oder Knochenreparatur verwendet wird. Bis zu den angegebenen Mengen sind Rudmann et al zur Folge Überdosierungserscheinungen bei Protein wie eine Hyperammonämie oder eine Hyperaminoazidämie nicht zu erwarten.

Anmerkung

Die Ermittlung der MRUS nach Rudmann hat sicher ihre Einschränkungen, da sie keine Unterschiede hinsichtlich Alter, Geschlecht, vorherrschender Diät oder Trainingszustand vorsieht. Der Ansatz, die Proteinaufnahme an der Fähigkeit des Körpers fest zu machen, Protein zu metabolisieren, ist jedoch interessant genug, um hier genannt zu werden.

Trotz aller beruhigenden Kennzahlen sollte man es mit der Proteinzufuhr natürlich nicht übertreiben. Während man aus Tierstudien weiß, dass diese die Fähigkeit besitzen, sich an eine sehr hohe Proteinmenge anzupassen, indem Aminosäure metabolisierende Enzyme hochreguliert werden oder die Magenentleerungsrate reduziert bzw. an die gegebenen Abbauraten der Leber angepasst werden, sind derartige Adaptionen vom Menschen nur sehr spärlich bekannt, werden aber zumindest bis zu einem bestimmten Grad vermutet.

Fazit

Trotz einiger methodischer Unstimmigkeiten dient die maximale Umsatzrate an Harnstoff als interessanter Marker, mit dem sich abhängig vom Körpergewicht Höchstmengen hinsichtlich der Proteinaufnahme festlegen lassen.

 

Protein-Absorption

Oftmals völlig unberücksichtigt bei Abhandlungen zum Thema Protein stellt die Absorptionsrate und Absorptionsgeschwindigkeit verschiedener Proteindarreichungsformen eine weitere interessante Größe dar.

Von Milchprotein weiß man aus der Studie von Gaudichon et al um eine Verdaulichkeit in Höhe von 94,6% sowie um eine Netto-Postprandiale-Proteinverwertung (NPPU) von 80% bei alleiniger Aufnahme oder in Kombination mit Fett. Eine NPPU von 85% ergab sich mit gleichzeitiger Aufnahme von Protein und Saccharose. Die Absorption (Aufnahme über die Schleimhautzellen des Darmes in das Blut) wird bei einer Einnahme von 30g Milchprotein mit 3,5g pro Stunde angegeben. Hinsichtlich der Aufnahme von Erbsenprotein finden sich Durchschnittswerte bei der Gesamtabsorption in Höhe von 89,4%. Unterschiede ergeben sich aus der jeweiligen Darreichungsform, dies entweder als reines Globulin oder als Albumin/Globulin-Mischung. Zweitgenanntes reduziert die Verdaulichkeit (von 94 auf 89%) aufgrund des hohen Anteils an antinutritiven Trypsininhibitoren, während hinsichtlich der biologischen Wertigkeit oder sonstiger Stickstoffverluste keine Unterschiede bestehen. Pro Stunde geht man bei Erbsenprotein von einer Aufnahme in Höhe von 2,4g aus. Die Verabreichung von Hühnereiweiß geht mit einer Aufnahme von 2,9g pro Stunde (gekocht) oder 1,3g (roh) einher. Scrimshaw et al stellten 1983 für Soja Protein Isolat fest, dass sowohl die Verdaulichkeit mit 90,9% als auch die Absorption mit 3,9g pro Stunde mit den Werten von Milchprotein mithalten kann. Hinsichtlich der Milchproteinbestandteile Whey Protein und Casein zeigen sich trotz gleicher Mengen Leucin in den jeweils gewählten Portionen (30g Wheyprotein, 43g Casein) in der Studie von Biorie et al signifikant unterschiedliche Werte bei den Absorptionsraten. Für Wheyprotein ist eine stündliche Aufnahme von 8-10g pro Stunde zu erwarten, während Casein mit etwa 6,1g pro Stunde absorbiert wird.

Protein Absorption

Die tatsächliche Absorption von Protein findet je nach gewähltem Proteinträger entweder relativ schnell oder aber sehr langsam statt. Absorptionsraten von unter 2 bis 4g pro Stunde werden ganz besonders häufig übersehen, wenn es in der Praxis um die Notwendigkeit regelmäßiger Proteingaben geht.

 

Schnelle vs. Langsame Proteine

Unter dem Einfluss von Casein stellte sich insgesamt ein positiverer Effekt hinsichtlich des Muskelproteinstoffwechsels ein. Gropper et al und Metges et al belegen in deren Arbeiten, dass von Aminosäuren des Caseins im Vergleich zum Protein trotz gleichem Aminosäureprofil von einer schnelleren Absorption auszugehen ist. Anders verhält es sich bei Wheyprotein-Isolat, von welchem eine sehr schnelle Absorption zu erwarten ist. Auch wenn man von einer schnelleren Absorption und dem schnelleren Anstieg des Blutaminosäurespiegels eine verstärkte Proteinsynthese zu erwarten hat, zeigen Untersuchungen wie die von Dangin aus 2002 dennoch, dass von langsameren Proteinen eine höhere Nettoproteinzunahme ausgeht. Abzulesen ist dies auch an der Leucin-Balance als hartem Endpunkt der Proteinsynthese. Sie zeigt für die Aufnahme eines langsamen Proteins im Vergleich zur einmaligen Aufnahme schnellerer Proteine deutlich bessere Werte, die sich Dangin et al zufolge nochmals steigern lassen, wenn kleinere Mengen Wheyprotein alle 20 Minuten aufgenommen werden (zumindest in der Theorie). 

Unterm Strich stellt sich hinsichtlich der Nettoproteinzunahme, anders als oft propagiert, eher das langsame Protein als Sieger heraus.

 

Einfluss des Darmes

Neben der Absorptionsgeschwindigkeit beeinflusst auch unser Darm die Proteinabsorption. Dies geschieht, in dem er sich selbst einige Aminosäuren zurückhält. Man spricht hier von der sog. Darmaminosäurebindung. Die gleichzeitige Gabe von Kohlenhydraten zu einer Proteinmahlzeit führt beispielsweise zu einer erhöhten Darmaminosäurebindung und einer damit verbundenen geringeren Harnstoffproduktion. Gleichzeitig wird der Darmmetabolismus stimuliert. Von Ballaststoffen weiß man, dass sie (abhängig von ihrer Art) das Schleimhautwachstum vor allem im Dickdarm langfristig stimulieren. Die Einnahme von löslichen Ballaststoffen wie Pektin führt zu einer strukturellen Veränderung im Dünndarm. Der verbesserte Schleimhautbetrag erhöht die Absorptionskapazität und Absorptionsrate für Protein und zudem die Rate an Gesamtprotein im Darm. Hinsichtlich der Aufnahme von Peptiden darf man sich nur dann eine erhöhte Aminosäureabsorption versprechen, wenn diese einem langsamen Protein (z.B. Casein) entstammen oder wenn sie Teil einer Mischmahlzeit sind, die für eine verlangsamte Verdauung sorgt. Eine veränderte Absorptionsrate ist mit der Aufnahme von Aminosäuren nicht zu erwarten. Wird zu viel Protein auf einmal aufgenommen, dann hat dies unweigerlich eine verringerte Proteinabsorption zur Folge. Auch Krankheit verändert den Darmmechanismus und damit die Protein- / Aminosäureabsorption

Fazit

Kaum jemand berücksichtigt bei der Planung seiner Mahlzeitenhäufigkeit die echte Proteinabsorptionsrate pro Stunde. Ausgehend von üblichen Proteinportionen im Bereich um die 30g ergibt sich je nach Proteinquelle eine Absorptionsdauer von minimal 3 bis maximal über 20 Stunden. Nur weil ein Protein schneller absorbiert wird als ein anderes, bedeutet dies nicht automatisch, dass es letztlich auch den größten Zuwachs an körpereigenem Protein herbeiführt. Genau das Gegenteil ist der Fall, hier haben langsame Proteine die Nase vorn. Letztlich spielen auch Darmbeschaffenheit sowie Darmgesundheit eine große Rolle, wenn es darum geht, wie viel Protein wirklich absorbiert wird. Wir beeinflussen dies zum einen über die Art und Weise, wie wir Protein aufnehmen und zum anderen dadurch, welche Portionen wir unserem Verdauungstrakt zumuten.

Proteinpulver

Protein und endokrine Hormone

Auch wenn es in der Fitness- und Bodybuilding-Szene noch nicht zu 100% angekommen ist, üben neben Kohlenhydraten auch Proteine bzw. Aminosäuren einen ganz spezifischen Einfluss auf Blutzucker regulierende Hormone wie Glukagon und auch Insulin aus. Für den Einfluss von Protein auf das Insulinaufkommen gibt es sogar eine Kennzahl, den sog. Insulin-Index. Auch Studien wie die von Schmid et al zeigen einen unwiderlegbaren Einfluss, der im folgenden Abschnitt nochmals beschrieben wird.

Von Schmit et al weiß man, dass es nach Verabreichung einer proteinreichen Mahlzeit sowohl zum Anstieg von Insulin aber auch Glukagon kommt. Im Falle der Aminosäuresequenz von Rindfleisch wird der Ausstoß an Insulin als gering und beinahe nicht relevant beschrieben, darum fällt der Insulin-Index für Fleisch verhältnismäßig gering aus, während er beispielsweise für Wheyprotein Höchstwerte erreicht. Chariton et al sehen in der Ausschüttung von Glukagon, die durch Aminosäuren ausgelöst wurde, eine kompensatorische Maßnahme zur Vermeidung von Hypoglykämie, ausgelöst durch den Insulinanstieg mit der Einnahme von Protein. Wie viel Glukagon freigesetzt wird, hängt mitunter von Verhältnis Protein zu Kohlenhydrate der jeweils aufgenommen Mahlzeit ab. Ein hohes Ungleichgewicht mit einem starken Überhang bei Protein stimuliert eine höhere Glukagonfreisetzung als diese bei einem weniger deutlichen Ungleichgewicht eintritt, dies bestätigen Ahmed et al in deren Studie aus 1980. Zu den hauptsächlich Glukagon-stimulierenden Aminosäuren zählen laut Schmid et al Serin, Aspartat, Glycin, Asparagin und Phenylalanin. Der sicher notwendige Schritt der Glukagonfreisetzung zur Stabilisierung des Blutzuckers birgt leider auch einen Nachteil, nämlich eine Hemmung der Proteinsynthese, die eigentlich von aufgenommenen Aminosäuren ausgeht. Diese Tatsache gilt es bei der Aufstellung seines Mahlzeitenplanes zu berücksichtigen.

Mit der Freisetzung von Glukagon nach Aufnahme einer proteinlastigen Mahlzeit hat der Körper einen ganz spezifischen Weg gefunden, Insulinspitzen, die durch Protein ausgelöst wurden, zu kompensieren. Wenngleich der Blutzuckerspiegel also immer reguliert wird, sollte man sich hinsichtlich der Proteinsynthese dennoch überlegen, inwieweit alleinige Gaben moderater bis hoher Mengen Protein Sinn machen.

Protein beeinflusst das Insulinaufkommen immens! Akira et al zeigten dies bereits in deren Studie aus 1968. Mit der Aufnahme kohlenhydratfreier Proteinmahlzeiten aus Rindfleisch oder Casein wurde hier ein schneller und signifikanter Anstieg des Insulinaufkommens verzeichnet. Linn et al stellen in deren 6-monatiger Studie über bis zu acht Stunden nach der letzten proteinlastigen Mahlzeit einen erhöhten Plasmainsulinspiegel fest. Von Calbert et al ist bekannt, dass die Insulinfreisetzung von Erbsenproteinhydrolisat oder Wheyhydrolisat zwei bis zu vier Mal höher ausfällt als die von Glukoselösungen oder Milchprotein. Holt et al zeigten an mehreren Lebensmitteln mit jeweils 1000kj-Portionen, dass der Insulin-Peak bei einer Portion Fisch höher ausfällt als bei einer Portion weißer Nudeln. Interessanterweise stoßen Dangin et al auf die Theorie eines möglichen Schwellenwertes, der für die aminosäurebedingte Ausschüttung von Insulin greift. Während die Forscher in Verbindung mit einer 30g Portion Wheyprotein einen merklichen Anstieg des Insulinspiegels feststellen, traten mit kleinen Portionen von 2,3g alle 20 Minuten keine nennenswerten Insulinschübe im Plasma auf. Zu den insulinogenen Aminosäuren zählen van Loon und Kollegen zur Folge Arginin, Lysin, Phenylalanin, Ornithin, Alanin, Isoleucin und natürlich ganz besonders Leucin.

Nach  Rennie et al gilt Insulin als Förderer der Muskelproteinsynthese, was wissenschaftlich bisher jedoch nicht anerkannt ist. Voraussetzung hierfür ist die ausreichende Anwesenheit von Aminosäuren. Ist diese gegeben, reichen jedoch schon kleine Mengen Insulin, um die Proteinsynthese voranzutreiben. Ein direkter „Dosis-Wirkung-Zusammenhang“ zwischen Insulin und der Muskelproteinsynthese besteht nicht. Im Gegenteil, Naji et al vermuten, dass für die Abminderung des Proteinabbaus aller Wahrscheinlichkeit nach mehr Insulin notwendig ist als zur Unterstützung der Proteinsynthese. Ein Zuviel an Insulin würde also zwar antikatabol wirken, eine anabole Wirkung wäre bei zu hohen Mengen Insulin jedoch abgeschwächt.

Mit Protein oder ganz bestimmten Aminosäuren ist es möglich, dass Insulinaufkommen außerordentlich zu beeinflussen. Da hinsichtlich des positiven Effekts von Insulin auf die Proteinsynthese keine direkte Dosis-Wirkung-Zusammensetzung besteht, gibt es aber auch hier durchaus ein „zu viel“.

 

Protein und Gluconeogenese

Sehr interessant ist auch die Rolle von Aminosäuren als Basis für die Herstellung von Glucose, auch genannt Gluconeogenese. Studien wie die von Brosnan, Schmid, Ackermans, Landau, Petersen und Chandramouli belegen eindrucksvoll, dass dieser Vorgang bei weiten nicht nur längeren Fastenphasen vorenthalten ist, sondern nach jeder Mahlzeit eintritt. Je nach Untersuchungsergebnis ist die Rede von einem 40 bis sogar 60%igen postprandialem Aminosäure-Umbau zu Glucose. Aus der Arbeit von Jungas et al weiß man, dass etwa die Hälfte des täglichen Sauerstoffverbrauchs der Leber auf Umwandlungsprozesse im Rahmen der Gluconeogenese entfällt. Aminosäuren stellen damit für die Leber eine wichtige Ressource zum Erhalt des Glykogenstatus dar. Die Forscher der Studie zeigen ebenfalls, dass BCAA sich aufgrund einer relativ hohen ATP-Ausbeute ganz besonders für diesen Umbauvorgang eignen, weshalb unser Körper sie hierfür auch bereitwillig zur Verfügung stellt. In diesem Zusammenhang stellten Fulks et al fest, dass Leucin so auch unter katabolen Bedingungen in der Lage ist, die Muskelproteinsynthese weiter zu stimulieren. Diese Wirkung ist wissenschaftlich jedoch noch nicht anerkannt.

Fazit

Gluconeogenese ist allgegenwärtig. Unsere Leber bevorzugt hierbei BCAA, da von ihnen eine hohe Energieausbeute ausgeht.

 

Proteinversorgung für Sportler

Hinsichtlich der Versorgung von Sportlern mit Protein existieren unzählige Arbeiten. Forslund et al stellen im Vergleich zwischen einer Aufnahme in Höhe 1g Protein pro Kilogramm Körpergewicht und 2,5g pro Kilogramm Körpergewicht eine um bis zu 63% erhöhte Proteinsynthese in der Gruppe mit der höheren Proteinmenge fest, während in der Gruppe mit 1g pro Kilogramm Körpergewicht sogar ein Proteinabbau stattfand. Pacy et al (0,77g Protein pro Kilogramm Körpergewicht im Vergleich zu 2,07g Protein pro Kilogramm Körpergewicht) und Bowtell et al (1,8g Protein pro Kilogramm Körpergewicht im Vergleich zu 1g Protein pro Kilogramm Körpergewicht) sprechen sich für eine erhöhte Leucin-Oxidation dank hoher Proteinaufnahme aus, Boirie sowie Mariotto et al belegen jedoch besonders in Verbindung mit einer langsamen Absorptionsgeschwindigkeit des aufgenommenen Proteins Vorteile einer höheren Aufnahmemenge. Nach Tipton et al spielt in diesem Zusammenhang auch das Timing der Proteingabe eine Rolle (Stichwort Protein-Timing). Costill sowie Halley, Greenhaff, Maughan sowie Baslom und Kollegen warnen jedoch vor dem Versuch, die Aufnahme von Kohlenhydraten über einen Mehrkonsum an Protein zu kompensieren, da sich damit sowohl Leistungswerte als auch Muskelabbauraten negativ beeinflussen lassen. Die Verfügbarkeit von ausreichend Glykogen stellt die Basis für Performance und Muskelerhalt dar.

Geht es um diätische Vorteile, die von einer höheren Proteinversorgung ausgehen, so lässt sich in Studien von Crovetti et al und Johnston et al im Vergleich zu Kohlenhydraten und Fett bei Protein ein höherer thermischer Effekt feststellen. R. James Stubbs belegte schon 1998 einen hohen Sättigungswert ausgehend von Protein, während Cordain et al eine hohe Proteinaufnahme als äußerst effektive Maßnahme zur Gewichtsreduzierung beschreibt. Bestätigt wird letzteres in mehreren klinischen Studien wie der von Skov et al und Baba et al, hier natürlich an übergewichtigen Probanden und im direkten Vergleich mit High-Carb-Diäten. Layman et al stellten zudem an erwachsenen Frauen neben einer effektiveren Gewichtsreduzierung auch einen besseren Erhalt von Muskelmasse dank hoher Proteinmengen (1,6g Protein pro Kilogramm Körpergewicht) fest. Einen besseren Magermasseerhalt dank mehr Protein, trotz ansonsten vergleichbarer Ergebnisse, zeigen auch Farnsorth et al im direkten Vergleich zweier Diäten einmal mit 27% Eiweiß, 44% Kohlenhydraten, 29% Fett in Gruppe 1 oder 16% Protein, 57% Kohlenhydrate und 27% Fett in Gruppe 2.

Fazit

Sowohl Sportler als auch Abnehmwillige profitieren davon, den Proteinanteil in der Ernährung zu erhöhen. Wichtig ist, dass trotz hoher Proteinmenge keine zu starke Einschränkung bei Kohlenhydrate eintritt.

 

Resümee

Wie wir heute erfahren haben, können Absorptionsraten bei Protein von 1,3g – zu 10g pro Stunde variieren. Die Zeitspanne, in der unser Verdauungstrakt Aminosäuren also ans Blut abgibt, ist weitaus größer als oftmals angenommen. Wir haben ebenfalls erfahren, dass es zumindest in der Theorie von Vorteil wäre, schnell verfügbare Proteine in mehreren kleinen Portionen aufzunehmen, da die hohe Aufnahme einer schnell verfügbaren Proteinquelle nicht gleichbedeutend ist mit einer maximierten Nettoproteinausbeute. Vielmehr gilt eine schnelle Absorption als suboptimal hinsichtlich des Aufbaus und Erhalts von Körperprotein. Langsamer verfügbare Proteinquellen gelten hierfür als die bessere Wahl.

Hinsichtlich der tolerierbaren Proteinmenge wurde das Model der maximalen Harnstoffsynthese nach Rudmann et al als Möglichkeit der individuellen Festlegung vorgestellt. Klar zur Geltung kam auch der Einfluss von Proteingaben auf das Aufkommen an Insulin und kompensatorisch an Glukagon. Gerade in Hinblick auf die Aufnahme reiner Proteinmalzeiten ist es von großer Bedeutung, sich hinsichtlich der Muskelproteinsynthese für das richtige Protein zu entscheiden. Je mehr man Protein mit Kohlenhydraten zusammen aufnimmt, desto mehr verliert der Marker des Insulin-Index an Bedeutung.

Unerwartet hoch fällt der Anteil an Aminosäuren aus, der direkt nach der Aufnahme vornehmlich in der Leber zur Gluconeogenese herangezogen wird und das nicht nur im Rahmen einer Mangelversorgung mit Kohlenhydraten. Gluconeogenese ist allgegenwärtig!

Während man bei Sportlern um Vorteile aus einer höheren Versorgung mit Protein in Verbindung mit einer angemessenen Kohlenhydratmenge weiß, zeigen sich Vorteile einer Erhöhung des Proteinanteils in Sachen Gewichtsreduzierung und Magermasseerhalt auch bei Abnehmwilligen. Unter Berücksichtigung all dieser Umstände empfehlen Bilsborough und Mann in Sachen Proteinversorgung eine Aufnahme von 2 bis 2,5g pro Kilogramm Körpergewicht. Mit dieser Empfehlung schließt sich der Kreis dessen, was ich in meinem Ernährungskonzept HBN (Human Based Nutrition) allen Sportlern und Abnehmwilligen mit auf den Weg gebe – einen sichere und funktionelle Vorgabe!

Holger GuggSportlicher Gruß

Holger Gugg

www.body-coaches.de

 

 

 

 

 

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Quellen

Einleitung / Höchstgrenze

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