Introduction
L'œil humain est un système optique complexe capable de s'adapter pour voir clairement à différentes distances. Cette capacité, appelée accommodation, est rendue possible par l'action coordonnée du muscle ciliaire, du cristallin et de la zonule. Cet article explore en profondeur le fonctionnement du muscle ciliaire et son rôle essentiel dans le processus d'accommodation, ainsi que les théories qui tentent d'expliquer ce mécanisme complexe.
Le mécanisme de l'accommodation
Accommodation : un autofocus naturel
L’accommodation permet à l’œil humain de voir net à différentes distances. Un système optique statique peut être réglé pour former une image nette à partir d’une source située à une certaine distance. L’accommodation répond à un besoin analogue à celui de l’autofocus des appareils photographiques : ce système permet au photographe de choisir le plan où l’image sera nette. Cependant, la plupart des objectifs photographiques utilisent un système automatisé (ou une bague de mise au point manuelle) qui permet de moduler leur pouvoir optique par un jeu de translation de certaines lentilles, et non une propriété de déformation.
Former une image nette revient à faire converger dans le plan de la rétine les rayons lumineux captés initialement émis par chaque point source de l’objet observé. C’est le cas de l’œil dit « emmétrope » en vision de loin, qui capte des rayons parallèles (ou quasi) et les réfracte (grâce à la cornée et au cristallin) de manière à les faire converger dans le plan de la rétine. Si la source observée se rapproche, les rayons émis depuis la source vont atteindre l’œil en formant un angle en divergence. Pour un œil emmétrope, les rayons émis par les sources éloignées sont parallèles quand ils rencontrent l’œil, et convergent dans le plan de la rétine après réfraction par la cornée et le cristallin au repos.
L’accommodation est effectuée grâce à une contraction du muscle ciliaire.
Les acteurs clés de l'accommodation
Le mécanisme d’accommodation fait intervenir trois acteurs principaux : le muscle ciliaire, la zonule cristallinienne, et bien entendu le cristallin.
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Le cristallin : Le cristallin est une lentille naturelle de l’œil. Elle est constituée de différentes couches concentriques, et entourée d’une capsule transparente, dont l’épaisseur est variable, et dont l’élasticité lui confère une forme sphérique au repos (non soumise aux forces de tensions de la zonule). Si le cristallin n’était soumis à aucune force, il adopterait naturellement une forme plus bombée (notamment au niveau de sa face antérieure), proche de celle qu’il épouse lors de l’accommodation. Le cristallin « au repos d’accommodation » est en réalité un cristallin « en tension », dont la face antérieure est particulièrement plus aplatie qu’elle ne le serait en l’absence de cette tension. Le cristallin assure un tiers de la puissance totale de l'œil, il permet l'accommodation pour voir net de près, et absorbe une partie des UV. Il est suspendu sur tout son pourtour par des ligaments appelés zonule de zinn, fixés aux muscles ciliaires. Le cristallin est normalement transparent.
La zonule : Ce tissu fibrillaire s’insère d’un côté sur le cristallin (autour de sa région équatoriale), et de l’autre sur le corps ciliaire, et ce sur 360°. Une partie des fibres zonulaires s’insère sur la partie pré équatoriale antérieure (fibres antérieures), l’autre sur la partie pré équtoriale postérieure (fibres postérieures). La zonule du cristallin (appelée zonule de Zinn) est une structure fibreuse attachée au corps ciliaire. Elle est constituée de microfibrilles regroupées en microfibres dont le diamètre est de l’ordre du micron: ces microfibres se regroupent elle-même en fibres dont l’épaisseur est d’une cinquantaine de microns. Elle forme le ligament suspenseur du cristallin, et possèdent des propriétés élastiques, bien que les fibres elle-même ne soient pas constituées d’élastine. Les fibres de la zonule dite primaire s’insèrent sur la capsule cristallinienne dans les régions situées à l’avant et à l’arrière de l’équateur du cristallin. La zonule dite secondaire est constituée de fibres qui connectent certaines fibres entre elles.
Le muscle ciliaire : C’est un muscle oculaire particulier, annulaire, qui est doté de propriétés contractiles : il est innervé par des fibres dites parasympatiques, sous l’effet desquelles il subit une contraction qui le projette en dedans et en avant. Le diamètre de l’anneau formé par le muscle et les procès ciliaire est alors réduit : de ce fait, les fibres zonulaires antérieures subissent alors un relâchement. Cette détente des fibres zonulaires se transmet à la capsule antérieure, qui reprend une forme plus circulaire et provoque alors le bombement du cristallin.
Les étapes clés de l'accommodation
L’intégralité des mécanismes mis en jeu au cours de l’accommodation (et la désaccommodation, c’est à dire le retour à l’état non accommodé) n’est pas connue en totalité, mais les principales étapes permettant au cristallin de bomber (augmentation de la vergence) puis de reprendre sa forme non accommodée sont bien identifiées.
Contraction du muscle ciliaire : Le mécanisme met en jeu la contraction du muscle ciliaire, qui induit un bombement passif du cristallin grâce au relâchement de son ligament suspenseur (appelé zonule). La réduction de son diamètre provoque un relâchement de la zonule.
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Relâchement de la zonule : De ce fait, les fibres zonulaires antérieures subissent alors un relâchement.
Bombement du cristallin : Le cristallin adopte alors sa forme naturelle, qui est plus bombée. Sa face antérieure se déplace légèrement vers l’avant. C’est ce bombement (augmentation de la courbure) qui permet à l’œil d’atteindre la vergence nécessaire à la vision rapprochée.
L'accommodation en action
La cornée humaine est un tissu que l’on peut considérer comme immobile, et qui ne se déforme pas pour la vision de près. Le cristallin est en revanche une lentille dotée de propriétés de souplesse, et d’élasticité : cette souplesse lui permet (du moins avant l’instauration de la presbytie) de se déformer pour augmenter sa vergence, afin de permettre à l’oeil de voir net une cible rapprochée. Le cristallin prend alors une forme plus bombée, afin d’augmenter sa vergence (plus une lentille est bombée, plus elle fait converger les rayons lumineux incidents). L’accommodation procure ainsi l’augmentation de la puissance optique nécessaire au couple « cornée + cristallin » pour former une image rétinienne nette des objets rapprochés : cette augmentation de la vergence est due à une déformation du cristallin. Le pouvoir optique du cristallin dans ces conditions est estimé à 19 Dioptrie. Pour « mettre au point » sur un objet rapproché, situé à 10 cm de la cornée, ce pouvoir optique doit augmenter d’une dizaine de dioptries.
Dans le cas de l’accommodation de l’oeil humain, même si l’augmentation de la vergence du cristallin est principalement assurée par sa déformation, un léger déplacement du plan du cristallin vers l’avant peut être observé et contribue à augmenter la vergence du couple « cornée+ cristallin ».
La relaxation de la zonule consécutive à la contraction des corps ciliaires provoque une déformation du cristallin, dont la face avant devient plus cambrée, plus asphérique (hyperboloïde), et se déplace légèrement vers l’avant. L’épaisseur du noyau cristallinien augmente légèrement. C’est la face avant du cristallin qui se déforme le plus. Pour un effort d’accommodation de 6 D chez un patient de 19 ans, on a mesuré une modification du rayon de courbure antérieure de 12.8mm à 7.7 mm, celui de la face postérieure subissant également une légère réduction (7.1 à 6.5 mm).
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Les théories de l'accommodation
Diverses théories de l’accommodation se sont succédé au fil du temps.
La théorie de Helmholtz
C’est l’astronome Kepler qui fut le premier à évoquer le rôle du cristallin dans le processus d’accommodation (vision de près) en 1611 : il fut rejoint par Descartes quelques décennies plus tard, ce dernier précisant l’intervention d’une modification de sa courbure. L’astronome Scheiner met en exergue le rôle bénéfique de la contraction pupillaire (myosis accommodatif) pour la vision de près (augmentation de la profondeur de champ). Aujourd’hui, la théorie de Helmholtz (1909) est celle qui permet de mieux décrire les phénomènes mis en jeu lors de l’accommodation.
Hermann Ludwig von Helmholtz (1821/1894) est un scientifique allemand prolixe, qui s’est intéressé à de nombreux domaines de la physique (acoustique, physique du son), de la chimie, et a publié en 1867 un traité d’optique physiologique. Helmholtz est l’inventeur de l’ophtalmoscope, petit instrument portable qui permet d’observer la rétine au travers de la pupille, et qui est encore utilisé aujourd’hui. Helmholtz stipule que l’accommodation est bien liée à la déformation de la face antérieure du cristallin, elle-même provoquée par une relaxation de la zonule. Il établit que le cristallin est, à l’état de repos (vision de loin), mis en tension par les fibres zonulaires.
La théorie de Schachar
Cette théorie attribue aux fibres équatoriales du cristallin un rôle différent. Selon Schachar, et contrairement à la théorie d’Helmholtz, en l’absence d’accommodation, les fibres zonulaires antérieures et postérieures seraient relâchées, alors que les fibres zonulaires équatoriales seraient sous tension. La contraction du muscle ciliaire provoquerait une mise en tension zonulaire antérieure et postérieure, avec aplatissement capsulaire périphérique et bombement central secondaire (par un mécanisme de conservation de courbure). Pendant la contraction ciliaire, seules les fibres zonulaires équatoriales se relâcheraient véritablement.
Cette théorie implique que le mécanisme de la presbytie soit lié à l’augmentation du volume du cristallin, qui survient de manière inéluctable par addition de fibres corticales par les cellules germinatives antérieures. Cette croissance fait que l’équateur du cristallin se rapproche du muscle ciliaire, ce qui relâche la zonule, et réduit sa mise en tension (nécessaire selon Schachar pour permettre l’accommodation, contrairement à la théorie de Helmholtz). Logiquement, Schachar a proposé une technique originale de correction de la presbytie appelée expansion sclérale. Celle-ci consiste à insérer une bandelette circulaire dans la sclère (paroi oculaire), en regard du muscle ciliaire, pour en augmenter le diamètre, et remettre en tension la zonule.
Les voies neurologiques de l'accommodation
Si la manière dont l’œil accomplit son changement de puissance optique est actuellement bien comprise, il n’en est pas de même pour les mécanismes qui commandent à l’œil de « mettre au point ». Les aberrations chromatiques jouent certainement un rôle déclencheur du stimulus accommodatif, car des expériences ont montré qu’il était plus facile d’accommoder sur des cibles noires et blanches (polychromatiques donc sujettes à induire des aberrations polychromatiques) que monochromatiques. En effet, le « flou rétinien » induit par la défocalisation de la cible observée de près varie en fonction de la longueur d’onde, et renseigne le système visuel pour déclencher une réponse accommodative.
Cette réponse est relayée par une partie du cortex frontal, un centre nerveux secondaire appelé noyau d’Edinger-Westphal, qui est lui-même relié au ganglion clilaire, d’où émergent des fibres parasympathiques qui innervent le muscle ciliaire et commandent sa contraction, ainsi que celle du sphincter irien (la pupille se rétrécit : myosis). De manière conjointe, il existe une simulation des muscles oculo moteur droits internes, qui font converger les yeux. Au cours de l’effort accommodatif survient donc une triple action : contraction du muscle ciliaire (relâchement zonulaire et bombement du cristallin), contraction du sphincter irien (myosis), et convergence des yeux.
Les voies neurologiques de l’accommodation sont couplées avec celles de l’oculo motricité (mouvements oculaires) et de la motilité de la pupille (contrôle du diamètre pupillaire). La syncinésie oculaire concerne la convergence des yeux, qui se produit en même temps que l’accommodation et le myosis (contraction pupillaire). L’association d’un excès d’accommodation et de convergence au cours d’efforts accommdatifs est une cause de strabisme dit « accommodatif » chez l’enfant.
Amplitude d'accommodation et presbytie
Il est intéressant de noter qu’en l’absence de tout stimulus (ex: champ de vision neutre ou « vide »), l’accommodation n’est pas nulle comme on pourrait le penser, mais plutôt intermédiaire, de l’ordre de 1 à 1.50 D. Elle est reliée à la distance qui sépare le point le plus éloigné vu net quand l’œil est au repos, et le point le plus proche vu net quand l’œil accommode au maximum. Cette distance sépare donc le punctum remotum du punctum proximum de l’oeil. Elle se calcule en dioptries, comme la différence de vergence requise pour la vision nette de chacun de ces points. P Par exemple, pour un myope dont le punctum remotum est à 1 mètre, et le punctum proximum à 33 cm, l’amplitude d’accommodation est de 1/0.3- 1/1 = 2 Dioptries.
L’amplitude d’accommodation est maximale à la naissance, mais décroit ensuite avec l’âge, pour devenir nulle autour de l’âge de 55 ans. Cette réduction progressive est liée à une perte progressive de l’élasticité de la capsule du cristallin. Une formule de régression a été proposée pour calculer l’amplitude d’accommodation à partir de l’âge d’un sujet : Amplitude (dioptries) = exp (1.93 + 0.0401 x age - 0.00119 (age)2 ) Cette formule prédit que l’amplitude d’accommodation est proche de 10 D à l’age de 20 ans, mais n’est plus que de 3.5 D environ à 45 ans.
Il existe d’autre formules plus simples, qui reposent sur l’hypothèse d’une décroissance linéaire de l’accommodation avec l’âge. Elles tiennent compte de la dispersion de l’amplitude d’accommodation avec l’âge: L’amplitude probable est donnée par l’équation : 18 - 0.3 x age. A 45 ans, il ne peut y avoir plus de 4.5 dioptries d’accommodation; or, pour travailler confortablement en vision de près, il ne faut pas dépasser la moitié de cet effort accommodatif maximal (soit 2.25 Dioptries environ). Trois dioptries étant nécessaires pour lire confortablement à 33 cm, on déduit qu’il faut généralement prescrire 0.75 D d’addition pour la lecture à un patient de 45 ans (jeune presbyte) pour qu’il puisse lire confortablement.
La presbytie : une perte d'accommodation liée à l'âge
La presbytie survient quand l’accommodation ne suffit plus à permettre à l’œil d’effectuer la mise au point de près de manière suffisante. C’est une PERTE PHYSIOLOGIQUE DU POUVOIR ACCOMMODATIF DE L’ŒIL APRES 40 ANS.
En vieillissant :
Le cristallin devient moins élastique.
Le muscle ciliaire n’assure plus le relâchement de la zonule.
La principale circonstance de découverte est une BAISSE PROGRESSIVE DE LA VISION DE PRES +++. Le patient éloigne les objets pour les voir nets de près alors que sa vision de loin est restée le plus souvent inchangée. Elle évolue progressivement de façon régulière (+ 1 dioptrie tous les 10 ans jusqu’à + 3 dioptries vers 60 ans). La presbytie survient plus précocement chez les hypermétropes (40 ans) et plus tardivement chez les myopes (45 ans).
Les verres correcteurs sont sphériques, convergents, notés positivement (de + 1 à + 3 dioptries en fonction de l’âge). Cette addition sphérique s’ajoute à la réfraction obtenue pour la vision de loin. Les VERRES peuvent être PROGRESSIFS, en demi-lunes ou double foyers. Les lentilles de contact progressives et la chirurgie réfractive sont également des options.
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