Muskelspindeln, bis zu 3 mm lange, von einer lockeren Bindegewebshülle umgebene Bündel besonders differenzierter, sogenannter intrafusaler Muskelfasern (Motoneurone) innerhalb von Skelettmuskeln bei Wirbeltieren und Mensch. Die M. geben als Dehnungsmessorgane nervöse Signale über Dehnungszustand und Kontraktionsverlauf der betreffenden Muskeln an das Zentralnervensystem (vgl. dagegen Sehnenspindeln) und können über eine Reflexbogen-Schaltung (Reflex) Verlauf und Ende einer Muskelkontraktion (Muskel) einem vorgegebenen Sollwert anpassen. Die intrafusalen Muskelfasern der M. sind plasmareich. Myofibrillen sind nur jeweils beidseits an den Faserenden ausgebildet, während die Fasern in der Mitte von einem Gespinst sensibler Nervenendigungen spiralig umsponnen werden, an ihren kontraktilen Enden jedoch über motorische Endplatten wie die umgebenden extrafusalen Muskelfasern motorisch innerviert sind ( vgl. Abb. ). Der Sensor im Mittelbereich der Fasern ist durch eine schnellleitende sensible afferente Ia-Faser mit dem Hinterhorn des Rückenmarks verbunden, wo die Umschaltung auf die zum Gehirn führenden Fasern stattfindet. Gleichzeitig verläuft von dieser Faser eine Kollaterale zu einer motorischen α-Motoneuronzelle des Vorderhorns, wodurch der Reflexbogen geschlossen wird. Im Verlauf einer Muskelkontraktion werden die intrafusalen Spindelfasern gleichzeitig mit den übrigen Muskelfasern motorisch erregt und verkürzen sich mit diesen, wobei die sensibel innervierte Mittelzone ungedehnt bleibt. Beim Auftreten einer Kontraktionsdifferenz zwischen intra- und extrafusalen Fasern, etwa durch Erhöhung des äußeren Widerstands gegen die Muskelverkürzung, werden die Spindelfasern in ihrem myofibrillenfreien Mittelbereich gedehnt. Die Erregung der sensiblen Nervenendigungen löst reflektorisch verstärkte motorische Signale an den Muskel aus, bis sich nach dessen verstärkter Kontraktion die intrafusalen Fasern wieder entdehnt haben und ein Gleichgewicht zwischen Kontraktions-Soll- und -Meßwert eingestellt ist. In Zusammenarbeit mit den Muskelspindeln geben in die Sehnen eingebaute Spannungsrezeptoren (Sehnenspindeln) gleichzeitig Meldungen über den Spannungszustand des Muskels an das Zentralnervensystem.

Muskelspindeln: a In den Muskelspindeln gibt es zwei Arten von Sensoren: die Kernsackfasern, die durch die sehr schnell leitenden Ia-Fasern mit den großen α-Motoneuronen des Vorderhorns im Rückenmark verbunden sind und die phasischen Muskelleistungen steuern, sowie die Kernkettenfasern, die über langsame IIa-Fasern mit den kleinen α-Motoneuronen des Rückenmarks verbunden sind und vermutlich die tonischen Muskeln steuern. b Bei Erregung der Spindel (1) werden ihre beiderseits des Sensors liegenden Pole kontrahiert. Dies hat die Dehnung des Sensorbereichs zur Folge (2). Das Ausmaß der Dehnung wird über Ia-Fasern zum Rückenmark gemeldet und es erfolgt als Antwort reflektorisch eine entsprechende Verkürzung des Muskels (3)