Muskelspindel

Qualitätssicherung von Dr. med. Nonnenmacher am 3. November 2016
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Muskelspindeln sind sensorische Organe, die zur Gruppe der Propriozeptoren gezählt werden und den Dehnungszustand und die Dehnungsänderung der Skelettmuskeln erkennen und die erzeugten Signale an schnelle, afferente Ia-Nervenfasern abgeben. Muskelspindeln verfügen auch über efferente Nervenanbindungen, über die ihre Sensitivität gesteuert wird. Über die Gamma-Spindelschleife dienen die Muskelspindeln auch der Steuerung der Muskellänge und den damit verbundenen Muskelkontraktionen.

Inhaltsverzeichnis

Was ist eine Muskelspindel?

Muskelspindeln gehören in ihrer Eigenschaft als Sensoren für den Dehnungszustand der Skelettmuskeln zur Gruppe der Propriozeptoren, mit deren Hilfe in den entsprechenden Hirnzentren ein Lagebild der Stellung einzelner Gliedmaßen und des Körpers erstellt wird.

Gleichzeitig wird das Lagebild und die Muskelspindeln für die Steuerung von bewussten und unbewussten Bewegungen – auch für die Steuerung von Muskelreflexen – genutzt. Muskelspindeln verfügen als Sensor über Proportional- und Differenzialeigenschaften. Das bedeutet, dass sie sowohl statische Dehnungszustände einzelner Muskeln wie auch die dynamische Änderungsgeschwindigkeit ihrer Dehnung erfassen und über afferente Ia-Nervenfasern weiterleiten, die über die höchste Leitungsgeschwindigkeit im menschlichen Körper verfügen.

Die Häufigkeitsverteilung von Muskelspindeln in den einzelnen Skelettmuskeln liefert ein Maß für fein- oder grobmotorische Steuerungsmöglichkeiten des Muskels. Beispielsweise verfügt der Quadrizeps (Musculus quadriceps femoris), der als Beinstrecker an der Vorderseite des Oberschenkels ansetzt, über 500 bis 1.000 Muskelspindeln. Sie sind zwischen den Muskelfasern der Skelettmuskeln eingebettet und zwar parallel zur Ausrichtung der Muskelfasern und erreichen eine Länge von 1 bis 3 Millimeter.

Anatomie & Aufbau

Kernstück der Muskelspindeln bildet ein Bündel von fünf bis zehn quergestreiften intrafusalen Muskelfasern und sind von einer Bindegewebshülle ummantelt. Intrafusale Muskelfasern kommen ausschließlich in Muskelspindeln vor.

Ihre Besonderheit besteht darin, dass sie jeweils an ihren Enden kontraktil, also aktiv sind, während ihr Mittelteil dehnbar ist und sich dem Dehnungszustand des Skelettmuskels passiv anpasst. Der passive Mittelteil der Muskelspindeln besteht aus Kernsackfasern und Kernkettenfasern. Bei einer Kontraktion des Muskels verkürzt sich auch die Muskelspindel. Die Kernsackfasern bauchen sich ein wenig auf, so dass sich der Mittelteil der Muskelspindel verdickt. Die Kernsackfasern sind zur Erfassung der Änderungsdynamik ausschließlich von schnellleitenden, afferenten Ia-Nervenfasern umwickelt, die auf jede Dickenänderung reagieren.

Die Kernkettenfasern, die den eher statischen Dehnungszustand des Muskels detektieren, sind ebenfalls mit Ia-Nervenfasern verbunden, aber zusätzlich auch als sekundäre Innervation mit afferenten Fasern der Klasse II. Die Klasse II Fasern haben eine geringere Empfindlichkeit und leiten Impulse langsamer als die Ia-Fasern. Die beiden kontraktilen Endabschnitte der intrafusalen Muskelfasern sind mit efferenten Gamma-Neuronen verbunden, über die die Empfindlichkeit der Muskelspindeln und die Sollvorgabe der Muskelkontraktion gesteuert wird.

Funktion & Aufgaben

Muskelspindeln erfüllen gleichzeitig mehrere Aufgaben und Funktionen zur Koordination von grob- und feinmotorischen Bewegungen, zur Herstellung und Aufrechterhaltung statischer Stellungen und zum Schutz der einzelnen Skelettmuskeln vor Überdehnung. Muskelspindeln sind damit Teil eines komplexen Steuer- und Regelsystems.

Für einen koordinierten Bewegungsablauf ist es erforderlich, dass bestimmte Muskeln jeweils einen vorgegebenen statischen Dehnungszustand einnehmen oder einer vorgegebenen dynamischen Änderung des Dehnungszustands folgen. Die motorischen Zentren des Gehirns können diese Aufgaben erfüllen, weil die Muskelspindeln gleichzeitig die passive Funktion eines Sensors und die aktive Rolle einer Sollvorgabe für den Muskel wahrnehmen. Über die kontraktilen Endstücke der intrafusalen Muskelfasern können die Muskelspindeln dem jeweiligen Dehnungszustand der Muskeln folgen und angepasst werden oder aber auch die Sollvorgabe für den Muskel erzeugen. Die Länge des Muskels wird durch entsprechende Kontraktionsbefehle so verändert, dass gegenüber der Muskelspindel ein 0-Potenzial entsteht.

Der Muskel passt sich in diesem Fall der Muskelspindel an und nicht umgekehrt. Zur Erfüllung ihrer Schutzfunktion gegenüber Überdehnung der Muskeln, übernehmen Muskelspindeln die Steuerung unwillkürlicher Dehnungsreflexe. Sobald der Dehnungszustand eines Muskels einen bestimmten Schwellwert überschreitet, der durch die Muskelspindeln detektiert wird, löst das ein unwillkürliches Kontraktionssignal an den betreffenden Muskel aus, der ebenfalls über die Muskelspindeln gesteuert wird.

Ein typisches Beispiel für einen derartigen Kontraktionsreflex ist der Patellarsehnenreflex. Durch einen kurzen Schlag mit dem Reflexhammer auf die Patellarsehne unterhalb der Kniescheibe wird kurzzeitig eine Überdehnung des Quadrizeps signalisiert, was zum Kontraktionsreflex führt, indem der Unterschenkel eine unwillkürliche Zuckung in Richtung Beinstreckung vollführt.

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Krankheiten

Eigenständige morphologische Erkrankungen, die explizit Muskelspindeln betreffen, sind nicht bekannt. Das ist wahrscheinlich dem Umstand geschuldet, dass es sich bei den Muskelspindeln um spezialisierte Muskelfasern handelt, die eher Erkrankungen der Muskeln folgen, in denen sie eingebettet sind. In erster Linie sind Muskelatrophien zu nennen, die durch eine Unterbeanspruchung der Muskeln hervorgerufen werden.

Der entsprechende Muskel bildet sich durch die Minderbeanspruchung zurück und parallel dazu auch die Muskelspindeln. Die Muskelatrophie wird häufig durch nervliche Erkrankungen oder durch Verletzung der entprechenden Motoneurone, von denen der Muskel keine Impulse mehr erhalten kann. Ein Beispiel für eine neurogen induzierte Muskelatrophie ist die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS). Es handelt sich dabei um eine nicht heilbare degenerative Erkrankung des motorischen Nervensystems. Eine weitere, selten auftretende Krankheit ist die spinale Muskelatrophie, die durch einen allmählich fortschreitenden Untergang motorischer Nerven im Vorderhorn des Rückenmarks verursacht wird.

Eine Reihe von Erkrankungen, die zu Veränderungen an den motorischen Endplatten in den intrafusalen Muskelfasern der Muskelspindeln führen, geht ebenfalls auf neurologische Störungen und Erkrankungen zurück. Es gibt eine Querverbindung zwischen der Bekämpfung von Alzheimer und der Funktionstüchtigkeit der Muskelspindeln.

Eine Forschergruppe in Berlin hat herausgefunden, dass das Enzym Beta-Sekretase, das für die schädlichen Eiweißablagerungen bei Alzheimer verantwortlich gemacht wird, offensichtlich wichtig für die Funktionstüchtigkeit der Muskelspindeln ist, so dass eine Unterdrückung des Enzyms bei Alzheimer-Patienten voraussichtlich auch Koordinationsstörungen im Bewegungsablauf verursachen würde.

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