Petite histoire de la Verticalité Alain Péchereau
Pourquoi un nouveau colloque?

Le 27 et 28 septembre 1991, dans ce même lieu, le professeur MA Quéré et moi-même organisaient le colloque (figure n° 1): « le Praticien et les Facteurs Verticaux  ». Ce colloque n’a que treize ans d’âge et pourtant il nous a paru nécessaire de refaire le point sur cette question tant les évolutions sur ce sujet ont été importantes dans de nombreux domaines:

• Conceptions anatomiques;
• Physiologie
:
• Moyens cliniques d’investigation
;
• Conceptions physiopathologiques
;
• Approches chirurgicales.

L’importance de ces modifications justifie cette nouvelle mise au point.

Petite histoire de la verticalité et de la torsion

Pour commencer notre réflexion, il nous a paru nécessaire de remettre en perspective et de manière très synthétique l’histoire de nos connaissances dans le domaine de la verticalité. En effet, c’est l’évolution de ces connaissances qui explique nos progrès dans la prise en charge de cette pathologie.

Le mobile oculaire

Il est constitué du globe oculaire (7 grammes & 6,5 cm3) de six muscles extra-oculaires (droit médial, droit latéral, droit supérieur, droit inférieur, oblique supérieur et oblique inférieur). Cet ensemble est entouré par la capsule de Tenon dont, grâce aux travaux en IRM (Demer J) (2), nous savons qu’elle joue un rôle essentiel dans la stabilisation des muscles extra-oculaires lors des mouvements oculaires. Les conséquences physiologiques et cliniques de ce progrès seront sans aucun l’objet de nombreuses spéculations dans les années à venir.

L’explosion des idées (1850 à 1914)
Travaux anatomiques

Volkmann AW (8) publie, en 1869, des travaux essentiels sur la localisation des origines et des insertions musculaires. Depuis, ceux-ci ont été vérifiés et corroborés.

Travaux de physiologie

Fick A (4), en 1854, sur les bases de la géométrie dans l’espace, décrit les trois axes qui servent de base à l’étude du mobile oculaire (figure n° 2).
En même temps, Donders FC (3) (1
848) énonce la loi d’invariance de la position des axes de Fick pour chaque direction du regard: « pour chaque position de la ligne de visée, il existe une orientation définie des méridiens horizontaux et verticaux rétiniens par rapport aux coordonnées dans l’espace.  »
Listing JB, en 1
854, énonce la loi qui porte son nom: « pour chaque mouvement de l’œil de la position primaire à une autre position, la rotation est effectuée autour d’un seul axe situé dans le plan équatorial (plan de Listing)  ». Ceci veut dire que tous les mouvements de l’œil, à partir de la position primaire, sont des mouvements « vrais  », c’est-à-dire sans torsion.
Hering E, en 1
868, énonce la fameuse loi d’égale innervation (ou loi de Hering): « pour tous les mouvements volontaires conjugués des yeux, une innervation égale et simultanée provient des centres oculomoteurs aux muscles concernés par l’élaboration de la nouvelle direction du regard. Autrement dit, la quantité d’énergie nerveuse, envoyée aux muscles des deux yeux, entraîne par les yeux un mouvement égal dans une direction particulière  ». Ce concept a été étendu à l’ensemble des mouvements.
Sherrington C, en 1
906, énonce la loi dite de Sherrington: « quand un muscle (agoniste) se contracte, l’autre (antagoniste) se relâche  ». Par ailleurs, il développe le concept des unités motrices, c’est-à-dire le nombre de fibres musculaires par fibre nerveuse.

Travaux de géométrie

Pendant toute cette période et de façon concomitante, de nombreux progrès en mathématiques ont eu lieu avec, en particulier, un développement de la géométrie [Hilbert fonde les fondements de la géométrie (1899)].

Applications à la motilité oculaire des nouvelles connaissances

L’association des progrès dans les connaissances anatomiques et dans les connaissances géométriques a permis de modéliser l’action des muscles extra-oculaires en fonction des connaissances et des moyens mathématiques de l’époque.
Cependant, il est essentiel de bien comprendre que l’hypothèse de travail de ces travaux est que la ligne d’action d’un muscle est la droite qui réunit l’origine orbitaire et l’insertion oculaire, chacune étant considérée comme réduite à un point (figure n° 3). Comme nous le verrons, les travaux contemporains en IRM (2) ont montré que cette hypothèse était erronée.

Description dite classique (1850 – 1914)

Elle est basée sur plusieurs hypothèses:

• La géométrie des origines et des insertions;
• L’hypothèse monomusculaire
• La physiologie des cordes et ficelles
;
• Un parcours musculaire suivant le plus court chemin (figure n° 4).

Il faut bien comprendre que cette hypothèse n’a été validée par aucun modèle expérimental. Et comme l’ont si bien dit JM Miller et D Robinson (5, 1984), « il n’y a pas de manière simple de décrire l’action de ces muscles sur l’œil  ».
Ce sont ces travaux qui ont abouti au schéma classique connu de tous dont nous verrons les limites ultérieurement.

Des acquisitions nombreuses (Depuis 1914)
Le centre de rotation

Le centre de rotation du globe n’est pas fixe (1933, Park & Park). Il est dépendant de la position du globe dans l’orbite. Ces mouvements non rotatoires forment un ensemble semi-circulaire de points appelé « centroïd  ». Les coordonnées de référence de l’ensemble forment un point fixe situé à 13,5 mm en arrière de l’apex cornéen et à 1,6 mm du côté nasal par rapport au centre géométrique du globe. Cela a peu d’influence sur la physiologie des muscles extra-oculaires.

Les travaux de W Krewson (1950)

Ils sont basés sur la géométrie vectorielle. Celle-ci permet la décomposition quantitative des forces d’un même muscle sur les trois axes de Fick horizontal, vertical et antéro-postérieur (torsion).

Les travaux de P Boeder (1962)

Il est le premier à montrer que l’unité fonctionnelle n’est pas le muscle mais la paire musculaire, c’est la coopération des muscles extra-oculaires.
Les paires musculaires sont les suivantes
:

• Droit médial droit latéral;
• Droit supérieur
droit inférieur;
• Oblique supérieur
oblique inférieur.
Innervation et forces des muscles extra-oculaires
L’innervation d’un muscle

Elle montre un phénomène essentiel: il n’y a pas de position, sauf à l’extrême opposé du champ d’action du muscle, où un muscle reçoit une innervation nulle (figure n° 5). Tous les muscles reçoivent en permanence une innervation active (1).

La force d’un muscle extra-oculaire

Comme on peut le voir sur le schéma (figure n° 6), la force d’un muscle n’est jamais nulle. Le minimum est à environ 15 degrés au-delà de la position primaire dans le sens opposé au champ d’action. Au-delà, la force augmente pour être environ deux fois supérieur à la force minimum. Elle est cinq fois supérieure au maximum du champ d’action. Ceci montre que tous les muscles exercent une force significative sur le globe oculaire quelle que soit la direction du regard. Ceci est d’ailleurs indispensable pour une bonne stabilité du globe oculaire.

L’évolution de la force d’une paire musculaire

Par ailleurs, si l’on regroupe sur le même graphique (figure n° 7), la force développée par un agoniste et par un antagoniste, la résultante suit une droite. Ceci explique le choix fait par notre équipe de préférer la chirurgie par paire agoniste-antagoniste à la chirurgie monomusculaire.

L’équation de DA Robinson (1975)

Celui-ci a modélisé la force exercée sur un globe pour chaque direction du regard: P + F1m1 + F2m2 +… +F6m6 = 0. Ceci confirme que tous les muscles participent à tous les mouvements (7). Aucun muscle, à aucun moment (chez le sujet éveillé), n’exerce une force égale à zéro. Pour que les mouvements soient harmonieux, il est nécessaire que tous les muscles exercent une certaine force.

Le problème du trajet

Nous avons vu que la physiologie classique est basée sur l’hypothèse du trajet le plus court. Dès 1975, Robinson a montré que si tel était le cas, cela serait une source d’instabilité et qu’il devait y avoir une limitation du glissement latéral. Par ailleurs, un tel fonctionnement entraînerait une variabilité de l’innervation centrale qui serait d’une grande complexité (7).
Comme nous l’avons vu, l’IRM (2) a permis d’étendre un concept ancien
: la notion de poulie, avec des conséquences mécaniques importantes que nous reverrons. Paradoxalement cette nouvelle conception permet une « économie  » dans le fonctionnement cortical (figure n° 8).

Paralysie congénitale de l’oblique supérieur

Comme nous pouvons le voir, cette patiente présente une paralysie de l’oblique supérieur évidente cliniquement (figures n° 9 & 10). L’IRM montre une atrophie de l’oblique supérieur (figure n° 11). L’intervention chirurgicale trouve une agénésie complète. Pourtant les ductions montrent que l’œil droit paralysé à un abaissement en adduction quasi normal (figure n° 12). Ceci montre que d’autres approches de la physiologie des muscles extra-oculaires doivent être utilisées, comme nous le verrons ultérieurement.

Références

1. Collins C. The human oculomotor control system. In: Lennerstand G, Bach-y-Rita P, eds. Basics mechanisms of ocular motility and their clinical implications. Oxford: Pergamon Press, 1975.
2. Demer JL, Miller JM, Poukens V, Vinters HV, Glasgow BJ. Evidence for fibromuscular pulleys of the recti extraocular muscles. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1
995 May; 36, 6: 1125-36.
3. Donders F. Beitrag zur Lehre von deb Bewegungen des menschlichen Auges. Holland Beitr Anat Physiol Wiss 1
848; 1 (104): 384.
4. Fick A. Die Bewegungen des menschlichen Auges. Z. rationelle Med. 4 (1
854) 101.
5. Miller JM, Robinson DA. A model of the mechanics of binocular alignment. Comput Biomed Res 1
984; 17, 5: 436-70.
6. Oyster C. The human eye
: Sinuauer Associated, 1999; 766.
7. Robinson DA. A quantitative analysis of extraocular muscle cooperation and squint. Invest Ophthalmol 1
975; 14, 11: 801-25.
8. Volkmann AW. Zur Mechanik der Augenmuskeln. Ber. Verh. d. Königl. Sächs. Ges. d. Wissensch. Leipzig. Math. phys. Classe I (1
869) 28.