Représentation schématique de la verticalité Alain Péchereau
Introduction

Nous avons vu précédemment que les mouvements des yeux s’effectuaient grâce à l’action des six muscles extra-oculaires sur le globe oculaire.
Cependant ces dernières années, un nouvel acteur dont l’importance avait été sous-évaluée, a modifié notre compréhension des mouvements oculaire
: la capsule de Tenon (travaux de J Demer en IRM (1 & 2)). Celle-ci a un rôle essentiel dans la stabilisation des muscles extra-oculaires lors des différents mouvements. Ceci a été parfaitement démontré par les travaux de modélisation informatique de Miller JM: Orbit™ 1.8 (1999) (4).
Ceci a des conséquences importantes dans notre approche de la physiologie des muscles extra-oculaires et en particuliers de la verticalité.

Le problème du trajet

Nous avons vu qu’en physiologie classique il était admis que les muscles suivaient le trajet le plus court dans toutes les directions du regard. Cependant, DA Robinson (5), dès 1975, avait montré, sur la base d’un raisonnement purement mathématique, qu’il devait y avoir une limitation du glissement latéral. En effet, le trajet le plus court entraîne deux conséquences majeures:

• Source d’instabilité oculaire lors des mouvements;
• Variabilité importante de l’innervation pour une même position verticale ou horizontale lors des mouvements horizontaux ou verticaux. Cette dernière notion semble contraire à « l’économie  » habituelle du fonctionnement cortical.

C’est pourquoi la notion de poulie qui n’est que l’extension d’un concept ancien, a des conséquences mécaniques si importantes et entraîne paradoxalement une simplification dans le fonctionnement du mobile oculaire du moins pour la structure cérébrale de régulation.

Travaux modernes: la notion de poulie (pulley)

Ce concept est bien connu des ophtalmologistes et des orthoptistes puisqu’il est utilisé pour l’oblique supérieur; il a été étendu aux autres muscles extra-oculaires. On peut le traduire de la façon suivante: une poulie musculaire est une structure anatomique qui dévie le trajet du muscle et agit comme une insertion fonctionnelle (voir André Roth).
Brièvement, cette notion reprend des travaux anciens Guérin (1
842), Sappey (1888) et récents: L Koorneef (1976) (3). Mais c’est surtout grâce aux travaux en IRM de J Demer (1 & 2) que cette notion sera étendue à l’ensemble des muscles. Cette notion a deux conséquences principales:

• Modification de l’origine fonctionnelle;
• Stabilisation du chemin des muscles oculomoteurs.

Celle-ci entraîne des changements physiologiques importants bien mis en évidence par les travaux de modélisation sur ordinateur de JM Miller: Orbit™ 1.8 (1999) (4).

Schéma classique

Il est bien connu de tous (figure n° 1). Il décrit le champ d’action de chaque muscle; le champ d’action étant défini comme la direction où un muscle exerce sa force maximum. Cela ne veut pas dire que, dans cette direction, la force de ce muscle est unique ou prépondérante [conceptuellement, la physiologie dite « classique  » (que ce terme est mauvais, puisqu’il veut dire les conceptions du début du XXe siècle) ne peut pas répondre à la question de la part de chaque muscle dans un mouvement. Il faudra attendre les travaux de P Boeder pour répondre à cette question essentielle].
Nous avons vu précédemment (voir les figures concernant la paralysie congénitale de l’oblique supérieur dans le premier exposé) combien ce concept devait être manié avec beaucoup de précautions. En effet, sur ces bases comme est-il possible d’expliquer que, chez cette patiente, l’abaissement en adduction est pratiquement normal si l’oblique supérieur est agénésique (IRM et constatations per-opératoires)
?

Le problème du trajet

Nous en avons discuté dans le premier exposé et le lecteur devra s’y reporter.

Physiologie contemporaine

Elle est marquée, comme dans bien des sciences expérimentales, par une dialectique entre la théorie et les constatations pratiques. DA Robinson (1973 & 1975) présente l’équation de la balance des forces agissant sur un globe oculaire: P +F1m1 +F2m2 +… +F6m6 = 0. L Koorneef (1977) montre que l’importance des éléments ténoniens dans l’orbite. J Demer (1994) montre en IRM l’importance in vivo des structures ténoniennes sur le trajet des muscles- extra-oculaires donc sur leur physiologie, validant les hypothèses émises antérieurement. JM Miller (1999) construit son modèle informatique: Orbit 1.8. Les données chiffrées que nous utiliserons sont tirées de ce modèle.

Physiologie de la Verticalité

Grâce à l’ensemble de ces travaux et grâce à ceux de DA Robinson (1975), la force de chaque muscle en position primaire et la proportion de cette force sur la force totale suivant les trois axes de Fick peuvent être calculées.
Rappelons que les mouvements se font
:

• Les mouvements horizontaux par une rotation autour de l’axe vertical, axe des z;
• Les mouvements verticaux par une rotation autour de l’axe horizontal, axe des x
;
• Les mouvements torsionnels par une rotation autour de l’axe antéro-postérieur, axe des y.
La verticalité en Position Primaire

Sur le tableau n° 1, la force de chaque muscle en position primaire et la proportion de cette force sur la force totale suivant les trois axes de Fick sont représentées. On peut noter la forte prédominance des droits verticaux (environ 80  %) mais la contribution non négligeable des obliques (environ 20  %) dès la position primaire.

Abduction: +

Élévation: +

Extorsion: +


Force totale

HorizontalitéVerticalitéTorsion
Droit médial

8,1 g

-83  %

0  %

+2 %

Droit latéral

8,1 g

+95  %

+1  %

-2 %

Droit supérieur

6,4 g

-8  %

+79  %

-58 %

Droit inférieur

6,7 g

-9  %

-83  %

+57 %

Oblique supérieur

2,3 g

+4  %

-17  %

-40 %

Oblique inférieur

2,5 g

+1  %

+20  %

+41 %

Tab 1. Force de chaque muscle en position primaire et proportion de cette force sur la force totale suivant les trois axes de Fick.


latéral

médial

supérieur

inférieur

supérieur

inférieur

de 20 degrés

(0 degré)

de 20 degrés


Droit

DroitDroitDroitObliqueOblique
Abduction+4  %

+3  %

+85 %

-93 %

-7 %

+12 %

Position primaire+1  %

+0  %

+79 %

-83 %

-17 %

+20 %

Adduction+2  %

+2  %

+69 %

-71 %

-29 %

+27 %

Tab 2. Pourcentage (force du muscle sur force totale) de la force de chaque muscle pour la rotation autour de l’axe des x, c’est-à-dire la fonction verticale. Verticalité nulle.


Élévation ou abaissement à 0 degré

Pour une verticalité nulle et pour une horizontalité à zéro degré, à -20 degrés (adduction) et à +20 degrés (abduction) (tableau n° 2 et figure n° 2), la proportion de la force de chaque muscle sur la force totale suivant les trois axes de Fick sont représentées. On peut noter la forte prédominance des droits verticaux, exclusif dans l’abduction mais la contribution non négligeable des obliques (environ 20  %) dès la position primaire. En adduction, les droits verticaux restent prédominants (3/4) même si l’action verticale des obliques devient maximum (1/4). On peut donc bien dire que le champ d’action pour la verticalité des obliques est bien l’adduction, mais leur contribution est nettement inférieure (le tiers) à celle des droits verticaux.

Élévation de +20 degrés

Pour une élévation de +20 degrés et pour une horizontalité à zéro degré, à -20 degrés (adduction) et à +20 degrés (abduction) (tableau n° 3 et figure n° 3), la proportion de la force de chaque muscle sur la force totale suivant les trois axes de Fick sont représentées. On peut noter la forte prédominance des droits verticaux de l’abduction à l’abduction mais également la contribution non négligeable des obliques (environ 10  %) dès l’abduction. Cependant en adduction, les droits verticaux restent prédominants (2/3) même si l’action verticale des obliques est maximum (1/3). On peut donc bien dire que le champ d’action pour la verticalité des obliques est bien l’adduction, mais leur contribution est nettement inférieure (la moitié) à celle des droits verticaux.

latéral

médial

supérieur

inférieur

supérieur

inférieur

de 20 degrés

(0 degré)

de 20 degrés


Droit

DroitDroitDroitObliqueOblique
Abduction+2  %

+8  %

+74 %

-93 %

-7 %

+15 %

Position primaire+3  %

+0  %

+68 %

-86 %

-14 %

+25 %

Adduction+1  %

-8  %

+57 %

-75 %

-25 %

+37 %

Tab 3. Pourcentage (force du muscle sur force totale) de la force de chaque muscle pour la rotation autour de l’axe des x, c’est-à-dire la fonction verticale. Élévation de +20 degrés.


Abaissement de -20 degrés

Pour un abaissement de -20 degrés et pour une horizontalité à zéro degré, à -20 degrés (adduction) et à +20 degrés (abduction) (tableau n° 4 et figure n° 4), la proportion de la force de chaque muscle sur la force totale suivant les trois axes de Fick sont représentées. Les conclusions sont en miroir de celles faites pour l’élévation à quelques détails près:

• L’action verticale de l’oblique inférieur est légèrement inférieure à celle de l’oblique supérieur;
• L’action verticale du droit inférieur est légèrement supérieure à celle du droit supérieur.

latéral

médial

supérieur

inférieur

supérieur

inférieur

de 20 degrés

(0 degré)

de 20 degrés


Droit

DroitDroitDroitObliqueOblique
Abduction+1  %

-8  %

+90 %

-88 %

-5 %

+9 %

Position primaire-2  %

-2  %

+86 %

-76 %

-19 %

+14 %

Adduction-6  %

+4  %

+80 %

-59 %

-34 %

+16 %

Tab 4. Pourcentage (force du muscle sur force totale) de la force de chaque muscle pour la rotation autour de l’axe des x, c’est-à-dire la fonction verticale. Abaissement de -20 degrés.


Synthèse de l’Élévation

Pour les deux élévateurs (droit supérieur et oblique inférieur), l’évolution du pourcentage dans la fonction d’élévation a été synthétisée sur le tableau n° 5; les deux abaisseurs (droit inférieur et oblique supérieur) ayant une action à peu près inverse. Il est intéressant de noter que dans ces différentes positions, le concept de paires s’applique de façon quasi parfaite.

en abduction (20 deg)

en adduction (-20 deg)


Élévation

Position Primaire (0 deg)

Élévation


Élévation de +20 degrés

Droit Supérieur

+74  %

+68  %

+57 %

Oblique Inférieur

+15  %

+25  %

+37 %


Œil à 0 degré

Droit Supérieur

+85  %

+79  %

+69 %

Oblique Inférieur

+12  %

+20  %

+27 %


Abaissement de -20 degrés

Droit Supérieur

+90  %

+86  %

+80 %

Oblique Inférieur

+9  %

+14  %

+16 %

Tab 5. Évolution de la part dans l’élévation de l’abduction à l’adduction en fonction de la quantité de verticalité pour le droit supérieur et l’oblique inférieur.


Synthèse globale

L’ensemble des actions verticales pour les neuf positions du regard (±20°) a été résumé sur la figure n° 5. Ce schéma est d’ailleurs celui que devrait connaître tout thérapeute car la fonction de chaque muscle varie en fonction de la direction du regard. Les valeurs ±20° ont été retenues en fonction du fait que nos connaissances sur les mouvements extrêmes sont encore très imparfaites et de ce fait une modélisation de la part de chaque muscle reste très spéculative. Le clinicien devra toujours tenir compte de cet aspect des connaissances actuelles dans une décision clinique ou a fortiori chirurgicale.

Schéma moderne

Enfin, comme pour la physiologie dite classique (figure n° 1), il peut être proposé un schéma résumant l’action verticale des deux principaux verticaux sur l’horizontalité (figure n° 6).

Conclusion

« J’ai eu le sentiment croissant pendant toutes ces années que beaucoup d’ophtalmologistes auraient été heureux si nos yeux ne bougeaient pas du tout. Pensez comment ceci simplifierait les choses. Comme il serait plus facile de faire une réfraction chez l’enfant ou de faire un champ visuel… Mais les mouvements des yeux doivent avoir quelque chose à faire avec la vision, même si nous ne savons pas quoi.  » Cette phrase de DA Robinson (1987) montre bien le chemin que nous avons tous à faire dans la compréhension de la physiologie des muscles oculomoteurs, étape préalable à une prise en charge de qualité des troubles oculomoteurs.

Références

1. Demer JL, Miller JM, Koo EY, Rosenbaum AL. Quantitative magnetic resonance morphometry of extraocular muscles: a new diagnostic tool in paralytic strabismus. J Pediatr Ophthalmol Strabismus 1994; 31, 3: 177-88.
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. Koorneef L. Spatials aspects of orbital musculous-fibrous tissue in man., Swets and Zeitlinger ed. Amsterdam, 1
976.
4. Miller JM, Pavlovski DS, Shamaeva I. OrbitTM 1.8 Gaze Mechanics Simulation. 1.8 ed. San Francisco
: Eidactics, 1999.
5. Robinson DA. A quantitative analysis of extraocular muscle cooperation and squint. Invest Ophthalmol 1
975; 14, 11: 801-25.