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Anatomie, fonctionnement et physiologie de l'œil

Dossier - L'œil : la vision au-delà de la vision
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L'œil est notre principal organe de communication avec l'extérieur, il est complexe. Proche de l'œil de seiche, il dérive des mêmes gènes que l'œil de mouche… Découvrons son anatomie, ses pathologies, la vision des vertébrés et des invertébrés ou encore d'où viennent les larmes et les couleurs de l'iris.

  
DossiersL'œil : la vision au-delà de la vision
 

La vue est un bien précieux. Un de nos cinq sens le plus sollicité. Mais quelles sont les caractéristiques de l'œil ? Découvrez cet organe ultra-performant, de la pupille à l'acuité visuelle et son système lacrymal.

Vue latérale de l'œil. © Patrick J. Lynch, medical illustrator, Wikimedia commons, CC by 2.5

L'anatomie de l'œil : une sphère complexe

L'œil, ou globe oculaire, est une structure creuse de forme globalement sphérique. Il se compose de tuniques, d'un cristallin et de liquides.

La tunique externe est la sclérotique, tissu conjonctif dense et peu vascularisé. Elle a un rôle de protection de l'œil. C'est le blanc de l'œil, elle est entourée d'une membrane très fine et transparente, appelée conjonctive. Du côté antérieur, cette sclérotique est remplacée par la cornée, transparente qui permet l'entrée des rayons lumineux dans le globe oculaire. Elle est de plus riche en fibres nociceptives : le contact avec un objet induit le clignement et la sécrétion lacrymale, deux fonctions de protection.

  • Son rayon de courbure avant est de 7,8 mm.
  • Le rayon de courbure de la face arrière est de 6,8 mm.
  • Elle est plus mince au centre : 0,45 mm.
  • Son indice de réfraction est n=1,377.
  • Sa puissance est de 42 dioptries.

Structure de l'œil.

La cornée est composée de cinq couches différentes :

  • épithélium cornéen : 32 micromètres d'épaisseur, cellules se renouvelant rapidement. L'éclat du regard est lié à la régularité de la surface épithéliale, et à l'intégrité du film de larmes ;
  • membrane de Bowman : couche de transition de 12 micromètres, nature conjonctive ;
  • stroma : très épais (400 microns), 90 % de l'épaisseur de la cornée. Tissu conjonctif très spécifique. Il contient de l'eau, des substances organiques, du collagène. Tous ces éléments sont présents dans des règles qui assurent la transparence ;
  • membrane de Descemet : 6 micromètres ;
  • endothélium : de 6 micromètres, membrane interne, fragile et fine. La qualité et la quantité de ces cellules varient avec l'âge et des altérations y surviennent à partir de 65 ans.
Schéma de l'œil. © Reproduction et utilisation interdites

La tunique vasculaire au milieu est formée de trois parties : la choroïde, le corps ciliaire et l'iris :

  • la choroïde est une membrane pigmentée en brun par des mélanocytes. Elle constitue une chambre noire, elle est très vascularisée ;
  • le corps ciliaire est formé de muscles lisses qui modifient la forme du cristallin et permettent l'accommodation ;
  • l'iris est la partie colorée de l'œil. Composé de muscles lisses, il permet de contrôler la taille de la pupille (ouverture centrale de l'œil) et donc la quantité de lumière (diaphragme de l'œil).

La tunique interne est la rétine, composée de deux couches. La couche pigmentaire (externe) empêche la lumière de diffuser dans l'œil. La couche interne est une structure nerveuse, composée de nombreux photorécepteurs (cônes et bâtonnets) et de cellules traitant et acheminant l'information visuelle vers le cerveau. La rétine et son fonctionnement font l'objet du chapitre suivant.

Les fibres nerveuses efférentes sortent de l'œil par le nerf optique. Au niveau de ce point de sortie, la rétine s'interrompt : c'est la tache aveugle appelée disque optique ou encore papille. À proximité de cette tache aveugle, se trouve la macula avec une fossette centrale, la fovéa, qui est le point de la rétine avec la meilleure acuité visuelle parce que la densité de photorécepteurs y est la plus importante.

Fond d'œil, la macula est au centre, sombre, le disque optique à droite de l'image. On voit les vaisseaux sanguins et le fond d'œil peut être un bon outil non invasif de détection de certains désordres physiologiques. © Reproduction et utilisation interdites

Le cristallin est une capsule mince et élastique, composée de cellules anuclées et de fibres spécifiques. Il est entouré par les corps ciliaires auxquels il est maintenu par la zonule de Zinn. Il joue le rôle d'une lentille biconvexe.

Le cristallin et son ligament suspenseur divisent le globe oculaire en deux chambres  :

  • la chambre antérieure remplie par l'humeur aqueuse, continuellement renouvelée ;
  • la chambre postérieure remplie d'une substance gélatineuse transparente, le corps vitré, ou humeur vitrée qui contribue à maintenir la pression intra-oculaire, et ainsi la forme de l'œil.

Tout cet organe fonctionne comme une chambre noire et donne une image inversée de l'objet sur la surface sensible de la rétine, selon les lois de l'optique. L'œil est mobile et toute une gamme de muscles entrent en action pour assurer ses déplacements.

Muscles de l'oeil Reproduction et utilisation interdites

La géométrie de l'œil renseigne l'acuité visuelle

L'œil peut être hypermétrope, il sera corrigé par des verres convexes.

Œil hypermétrope. © Reproduction et utilisation interdites

L'œil peut être myope, il sera corrigé par des verres concaves

Œil myope. © Reproduction et utilisation interdites

L'œil peut être astigmate et sera corrigé par un tore.

Œil astigmate. © Reproduction et utilisation interdites

Hétérophorie : strabisme latent. Si les axes oculaires ne sont pas parallèles, il y a hétérophorie, la fusion des deux images (perçues par chacun des deux yeux) ne peut être obtenue que par une contraction active des muscles, entraînant une fatigue visuelle, voire des signes de décompensation.

La presbytie n'est pas un défaut géométrique, nous en reparlerons.

L'acuité visuelle est définie comme la possibilité pour l'œil de séparer deux points vus distinctement. Elle est maximum pour le minimum de vision distincte... Sa mesure consiste à observer, avec un seul œil, un tableau de lettres de tailles décroissantes et séparées d'un intervalle connu, depuis une certaine distance... tout le monde connaît !

Schéma : Acuité visuelle. © Reproduction et utilisation interdites

Les mesures montrent que l'œil humain est capable de séparer deux points A et B distants de 0.05 mm ce qui, sur la rétine, correspond à une distance de 0,4 micromètre (distance entre deux cônes séparés par un troisième). L'angle entre les deux points et le centre optique de l'œil est de une minute d'angle : c'est le pouvoir séparateur. L'acuité visuelle est l'inverse du pouvoir séparateur (l'inverse de l'angle). Ce qui fait 1/1 dans l'exemple ci-dessus soit 10/10e. Si les deux points vus distinctement E et D sont plus éloignés sur la rétine, le pouvoir séparateur diminue pour un angle de deux minutes, l'acuité visuelle est de 1/2, que l'ophtalmologue exprime sous la forme 5/10e.

L'accommodation est réalisée par une déformation spatiale du cristallin : quand un objet est très près de l'observateur le cristallin se bombe pour « mettre au point » selon les schémas ci-dessous.

Accommodation. © Reproduction et utilisation interdites
Accommodation. © Reproduction et utilisation interdites

Le champ de vision est la portion d'espace que nous voyons, il comprend une partie de vision monoculaire et une partie de vision binoculaire. Cette vision binoculaire relativement large n'est possible que parce que les yeux sont situés sur le devant de la tête, bien des oiseaux ont une vision binoculaire très petite à cause de la position latérale des yeux sur la tête.

Champ visuel de l'homme. © Reproduction et utilisation interdites

Division du champ visuel dans un plan horizontal, d'après Panero et Zelnik (Human dimension and interior space, Whitney Library of design, Architectural press Ltd, Londres, 1979).

Champ visuel de l'œil droit pour des lumières de couleurs différentes. © Reproduction et utilisation interdites

 

Constitution et fonctions de l'œil, ce récepteur et émetteur de messages

1. Structures de protection

  • Orbite : cavité pyramidale à parois osseuses, dans laquelle est logé le globe oculaire. Elle est percée d'un trou pour le passage du nerf optique.
  • Paupières : ces replis de peau, un inférieur et un supérieur, peuvent se fermer pour protéger les yeux contre toute agression extérieure (lumière intense, projectile, etc.).

Normalement, les paupières se ferment par réflexe toutes les six secondes environ, mais si une poussière atteint la surface de l'œil, elles se ferment plus souvent et plus fort pour l'éliminer vers le bord interne de l'œil.

  • La conjonctive : à l'intérieur des paupières se trouve une fine membrane protectrice et transparente qui se replie pour couvrir la sclérotique et relier les deux replis des paupières.
  • Cils : c'est une frange de poils courts située sur les bords de chaque paupière qui forme un écran.
  • Glandes lacrymales : chaque œil est doté d'une glande lacrymale située dans sa partie supérieure et externe. La sécrétion salée de ces glandes, les larmes, lubrifie la partie antérieure du globe oculaire quand les paupières sont fermées et permet l'évacuation de toutes les particules de poussière ou d'autres corps étrangers de la surface de l'œil.
  • Larmes : liquide salé produit par les glandes lacrymales. Leur rôle est de lubrifier l'œil et de le protéger des matières étrangères et des infections ; pour cela, elles contiennent des protéines bactéricides. Etalées sur l'œil par le clignement des paupières, elles rentrent par les points lacrymaux situés à l'angle interne dans un système de canaux qui conduit dans les fosses nasales.

Dans ce coin interne de l'œil, on remarque encore une petite éminence rougeâtre, la caroncule lacrymale et un repli membraneux, vestige d'une troisième paupière bien développée chez certains animaux (oiseaux...). Au cours des pleurs, les larmes sont émises en grande quantité.

Appareil lacrymal Reproduction et utilisation interdites

2. Le diaphragme de l'œil

La pupille est un trou circulaire au milieu de l'iris : c'est le diaphragme de l'œil. Il règle la quantité de lumière entrante et sa taille varie en fonction de la lumière. Quand le diamètre est petit, la profondeur du champ augmente, et il y a moins d'imperfection au niveau de l'image perçue. Son diamètre en lumière normale se situe aux alentours de 3 et 6 mm. Le phénomène de l'augmentation du diamètre de la pupille se nomme « mydriase », et sa diminutio « myosis ».

Chez l'homme la pupille est circulaire, ce n'est pas le cas chez bien des animaux.

  • Il y a une mydriase bilatérale lors d'une excitation d'un nerf sensitif (ouïe, vue, odorat), dans l'obscurité, lors de coma ou de mort, chez les diabétiques, les épileptiques et également chez les usagers de drogues dérivées des amphétamines.
  • Une mydriase unilatérale s'installe à la suite d'un glaucome ou d'un décollement de la rétine.
  • Un myosis bilatéral apparaît lors d'une luminosité abondante, d'un clignement de l'œil, lors du passage de la vision de loin à la vision rapprochée et chez les usagers de dérivés morphiniques.
  • Un myosis unilatéral se forme quand il y a une présence d'un corps étranger dans l'œil, lors d'une kératite (inflammation de la cornée) ou encore à la suite d'une paralysie des voies optiques.
Mydriase et myosis. © Reproduction et utilisation interdites

3. Les liquides internes de l'œil

À l'avant de l'œil, on délimite deux zones principales :

  • la chambre antérieure qui se situe entre la cornée et l'iris et qui est remplie par l'humeur aqueuse ;
  • la chambre postérieure entre l'iris et le cristallin avec du corps vitré ;

L'humeur aqueuse est un liquide transparent constamment renouvelé responsable du maintien de la pression intra-oculaire.

Elle est produite par les procès ciliaires et passe de la chambre postérieure vers la chambre antérieure à travers la pupille. Dans la chambre antérieure, elle est éliminée au niveau du trabéculum et passe dans le canal de Schlemm. Le trabéculum est une sorte de filtre. Si le trabéculum se bouche (débris d'iris, excès de protéines), il y a augmentation de la pression d'où l'apparition d'un glaucome. L'humeur aqueuse est composée d'eau, mais aussi de vitamine C, de glucose, d'acide lactique et de protéines. Elle se renouvelle constamment toute les 2-3 heures. Son rôle est nourricier, réparateur, régulateur de la pression intra-oculaire, et du maintien de la forme de l'œil.

La pression normale de l'œil pour des sujets de moins de 40 ans est de 13-19 mm. Chez les sujets de plus de 40 ans, elle est de 16-23 mm.
Si la pression augmente, il peut y avoir glaucome et dégénérescence des tissus rétiniens, atrophie du nerf optique... Le glaucome est l'une des premières causes de cécité dans le monde, au même titre que le diabète non contrôlé.

Lors de diminution de la pression oculaire (hypotonie), un œdème se forme, d'où diminution de la netteté de la cornée, et soulèvement de la choroïde.

À l'arrière de l'œil, la grande chambre est occupée par le corps vitré est une masse gélatineuse claire capable d'amortir les chocs, de maintenir la rigidité du globe oculaire et de garder la rétine en place collée contre le fond du globe. Il représente 90 % du volume. C'est un tissu conjonctif transparent, un matériau de remplissage, entouré par une membrane appelée membrane hyaloïdienne.

4. La transmission des informations vers le cerveau

La transmission des informations obtenues sur la rétine (voir chapitre suivant) vers le cerveau est opérée par le nerf optique. Toutes les fibres optiques issues des cellules visuelles convergent vers un point précis de la rétine : la pupille. En ce point débouche aussi le réseau veineux et artériel de la rétine. Les fibres optiques se rejoignent toutes là pour former un câble : le nerf optique. Il mesure 4 mm de diamètre et 5 cm de long. Il y a un nerf optique par œil. Les deux nerfs se croisent dans une zone appelée chiasma optique. À cet endroit s'entrecroise une partie seulement des fibres selon le dessin, ci-dessous.

Nerf optique, schéma de son parcours. © Reproduction et utilisation interdites

Les voies visuelles sont schématisées ici dans le cerveau vu de dessous. Le signal de la rétine est transporté jusqu'au corps genouillé latéral par les axones des cellules ganglionnaires regroupés dans les nerfs optiques. La moitié, environ, des axones passe de l'autre côté du cerveau de sorte que chaque demi-champ visuel se projette dans l'hémisphère opposé. Les axones arrivent au cortex primaire du lobe occipital du cerveau : l'aire visuelle.