La cornée

Description générale de la cornée

Présentation globale:

La cornée est un composant oculaire essentiel au fonctionnement de la vision: elle est la première structure que rencontre la lumière qui pénètre l’œil. Son rôle principal est de faire converger les rayons lumineux incidents qui se dirigent ensuite au travers de la chambre antérieure de l’oeil, vers le cristallin, avant de rencontrer la rétine et initier la cascade visuelle. La cornée est un tissu non vascularisé et transparent, de géométrie courbe. Elle est semblable à une coupole hémisphérique, et est souvent comparée à un hublot situé à l’avant de l’œil, au contact direct de l’air. La cornée est recouverte du film lacrymal et est majoritairement constituée de fibres collagènes entrelacées, qui constituent les 90% de l’épaisseur cornéenne: ce tissu collagène constitue le stroma cornéen: il assure une grande partie des propriétés de transparence et de résistance biomécanique de la cornée. Il est recouvert d’un feuillet appelé épithélium, et tapissé à sa face interne d’une monocouche de cellules appelées cellules endothéliales. Ces dernières permettent à la cornée de maintenir un taux d’hydratation cornéen constant, inférieur à 80%/mg, pour éviter une réduction de la transparence cornéenne qui serait alors provoquée par un oedème du stroma.

Le diamètre vertical de la cornée est compris entre 10 et 11 mm et le diamètre horizontal compris entre 11 et 12 mm. Son rayon de courbure moyen central  est de 7.8 mm; vers les bords, ce rayon augmente (la cornée est asphérique). L’épaisseur moyenne centrale de la cornée dans la population caucasienne est proche de 530 microns (il existe des variations inter-raciales, le tissu cornéen étant légèrement plus fin chez les population d’Afrique du nord). La cornée est plus épaisse en périphérie,  vers son bord qui fait jonction avec le tissu scléral et est appelé limbe scléro cornéen. C’est au centre que l’épaisseur de la cornée est minimale.

La cornée est une coupole globalement hémisphérique, située à l'avant de l'œil. Elle est transparente, et permet de visualiser les détails de l'iris et de la pupille irienne.

La cornée est une coupole globalement hémisphérique, située à l’avant de l’œil. Elle est transparente, et permet de visualiser les détails de l’iris et de la pupille irienne.

La description histologique sommaire de la cornée attribue trois composants principaux à ce tissu: l’épithélium (recouvert du film lacrymal au contact de l’air), le stroma, et l’endothélium (au contact de l’humeur aqueuse qui baigne la chambre antérieure de l’oeil).

histologie de la cornée

La cornée est constitué de trois couches principales : épithélium, stroma et endothélium. L’épithélium et le stroma sont séparés par une fine couche acellulaire (couche de Bowman).

L’épaisseur du film lacrymal (de l’ordre du micron) est négligeable vis à vis de celle de l’épithélium (50 microns au centre environ). Le stroma représente environ 90% de l’épaisseur du mur cornéen.

La cornée est un tissu naturel remarquable à bien des titres: transparence, résistance biomécanique, pouvoir optique… Ces propriétés sont au coeur des enjeux techniques de chirurgie réfractive cornéenne, qui reposent sur l’interaction d’une lumière laser et le tissu cornéen. Deux laser sont utilisés:

Le laser excimer permet de photoablater, c’est à dire de retirer une fine couche de tissu (un demi micron par impact), sans effets thermiques associés.

Le laser femtoseconde provoque une « disruption » du tissu cornéen et sa découpe avec une grande précision. Ces outils offrent la possibilité de réaliser des modifications de forme précises : de fait, l’étude de la géométrie cornéenne et la modélisation mathématique de certaines propriétés sont des étapes incontournables pour l’élaboration de techniques de diagnostic (topographie cornéenne) et de correction chirurgicales efficaces et innovantes (chirurgie laser, greffes, inlays).

L’étude histologique « in vivo » de la cornée, rendue possible grâce à la microscopie confocale, offre un point de vue privilégié et ouvre une fenêtre unique à l’échelle micronique: la transparence de celle-ci permet de visiter ses structures à l’échelle de la cellule, afin de mieux comprendre, diagnostiquer et traiter de nombreuses pathologies cornéennes.

Ainsi, le degré de précision atteint aujourd’hui par les techniques d’investigation et les outils chirurgicaux mis à la disposition des chirurgiens ophtalmologistes est de l’ordre du micron, et stimule en retour un besoin de rigueur dans l’étude des propriétés de la cornée.

Description fonctionnelle de la cornée

La cornée assure les 2/3 du pouvoir optique des structures oculaires (le 1/3 restant étant dévolu au cristallin) – voir le calcul de la puissance optique paraxiale de la cornée. Ce pouvoir optique important découle de deux caractéristiques: la cornée possède une courbure plus importante que celle du cristallin (non accommodé) et surtout, elle est au contact de l’air ambiant, offrant la plus grande différence d’indice de réfraction aux rayons lumineux incidents (indice de la cornée; 1.376, indice de l’air : 1, soit une différence égale à 0.376 : à titre de comparaison la différence d’indice entre l’humeur aqueuse et le cristallin est environ 10 fois moins importante). Ce fort gradient d’indice est spécifique aux animaux terrestres, qui possèdent une cornée plus cambrée que les animaux évoluant en milieu aquatique. Les yeux des animaux marins possèdent une cornée qui est une membrane transparente résistante, mais dont le pouvoir réfractif est très faible, l’eau ayant un indice de réfraction proche de celui du tissu cornéen : c’est au cristallin qu’est donné le rôle de faire converger la lumière vers le tissu rétinien (le cristallin de certains poissons est quasi sphérique, alors qu’il est, du moins pour sa face antérieure, moins courbe et elliptique chez l’homme). Dans l’eau, nos yeux deviennent hypermétropes, car la puissance de la cornée est neutralisée du fait de l’égalisation des indices de réfractions; c’est pour cela que nous voyons flou à toutes les distances quand on ouvre les yeux sous l’eau (à moins d’être  sévèrement myope!).

 

Pour permettre à l’information lumineuse d’être transmise à la rétine sans déperdition qualitative et quantitative trop préjudiciable, la cornée doit demeurer transparente, et conserver une certaine régularité de courbure. Seulement 4% à 6% de la lumière incidente est réfléchie par la surface cornéenne; cette propriété de réflexion est mise à profit pour la réalisation de l’examen de topographie cornéenne spéculaire. L’image de la réflexion par la surface antérieure de la cornée d’une source de lumière ponctuelle fixée par l’oeil est appelée reflet cornéen ou image de Purkinje I.

Réflexion par le film lacrymal recouvrant une cornée humaine : à droite, l’embrasure de la fenêtre fixée par le sujet au moment du cliché. En bas à droite, réflexion par une cornée de cheval: on peut distinguer l’horizon séparant terre et ciel, ainsi que le photographe à l’origine du cliché – qui n’est autre que l’auteur de ce site.

La lumière réfléchie par la cornée est « perdue » pour les photorécepteurs rétiniens, et dans le règne animal, peut consister en un phénomène indésirable, car pouvant faciliter la détection par un prédateur.

La cornée possède la même origine embryologique que le tissu cutané: pour autant, à la différence de la peau, elle est remarquablement transparente. Cette propriété est le fruit de plusieurs caractéristiques: le film lacrymal, qui recouvre la cornée représente une fine couche particulièrement lisse, car constamment renouvelée et répartie à la surface de la cornée par les paupières lors des clignements. L’épithélium cornéen, qui est la structure histologique la plus superficielle de la cornée est une couche de cellules compactes, dont l’indice de réfraction est homogène. Le stroma cornéen qui constitue le composant principal en terme d’épaisseur, est constitué d’un arrangement régulier de lamelles de collagène (on compterait environ 200 à 250 lamelles de section grossièrement rectangulaire de la surface vers la profondeur, chacune étant épaisse de 2 microns environ), entre lesquelles sont disposées des cellules fibroblastiques aplaties (kératocytes). Les fibres collagènes sont constituées de fibrilles de collagènes, dont le diamètre est compris entre 32 et 36 nm, et l’espacement 25 à 50 nm. La transparence cornéenne est en partie conditionnée par la régularité de la disposition de ces éléments, plus petits que les longueurs d’onde du spectre visible.

L’endothélium est une monocouche de cellules jointives, qui sont chargées de maintenir la cornée dans un état de déshydratation relative; en cas de défaillance des ces celllules (acquise ou congénitale, comme dans la dystrophie de Fuchs), apparaît un oedème dont l’une des conséquences est de réduire la transparence de la cornée (désorganisation de l’architecture cornéenne).

Innervation de la cornée

La densité en terminaisons nerveuses sensitives est une autre caractéristique remarquable de la cornée: cette innervation est la plus dense des tissus de l’organisme. Le tissu cornéen est ainsi 100 fois plus sensible que la conjonctive ! Ceci explique la difficulté à tolérer la moindre « poussière » à la surface de la cornée, ce qui complique parfois l’adaptation de certaines lentilles. Heureusement, l’anesthésie de ces terminaisons est possible grâce à de simples gouttes de collyre anesthésique.

Les fibres nerveuses cornéennes proviennent des nerfs ciliaires (branche antérieure), dont 60 à 80 troncs pénètrent  la cornée selon une direction radiaire au niveau du limbe dans le stroma profond, puis deviennent de plus en plus superficiels pour former un « réseau » ou « plexus » sous l’épithélium cornéen. En revanche, l’endothélium et la membrane de Descemet sont dépourvus d’innervation. Les neurotransmetteurs impliqués dans la sensibilité cornéenne incluent : acéthylcholine, catecholamines, substance P, neuropeptide Y, peptide intestinal, etc.

L’innervation de la cornée superficielle est le fait de nombreuses terminaisons nerveuses insérées dans l’épithélium, et qui émergent d’un important plexus sous épithélial. La densité en terminaisons nerveuses (nombre par unité de surface) de la cornée est la plus importante des tissus du corps humain.

 Anatomie de la cornée

La cornée est constituée de plusieurs couches de tissus de nature différente, qui doivent assurer des fonctions optiques de réfraction et de transparence, tout en satisfaisant aux exigences métaboliques des tissus vivants.

Epithélium cornéen

L’épithélium cornéen joue un rôle important, à la fois optique et de protection (barrière). Il est au contact du film lacrymal, qui est la première interface rencontrée par la lumière incidente. L’épithélium est stratifié (plusieurs couches  de cellules empilées) et composé de cellules squameuses non kératinisées. Son épaisseur centrale est d’environ 50 microns; cette épaisseur augmente vers les bords de la cornée. Les cellules épithéliales cornéennes sont jointives, afin d’éviter que l’eau des larmes (film lacrymal) ne pénètre au sein du stroma cornéen. Cet épithélium est en renouvellement permanent :  ce renouvellement est assuré par un contingent de cellules « souches », appelées cellules souches limbiques car situées à la jonction de la cornée et de la conjonctive. Ces cellules prolifèrent et se différencient en cellules épithéliales, en migrant des bords vers le centre, puis en hauteur, vers la superficie de l’épithélium. Lors de ces processus, les cellules épithéliales et leur noyau s’aplatissent progressivement, et quand elles occupent la partie la plus superficielle de l’épithélium, se couvrent de micrivollosités (au contact du film lacrymal). Les microvillosités permettent d’augmenter la surface de contact entre l’épithélium superficiel et les larmes.

Les cellules superficielles desquament ensuite dans le film lacrymal. Il faut entre une et deux semaines à une cellule souche pour accomplir un cycle de migration complet. Les cellules de la couche basale de l’épithélium (au contact de la couche de Bowman) sécrètent une  membrane basale dont l’épaisseur est proche de 50 nanomètres, qui est composée de collagène de type IV, de laminine et d’autres composants protéiques.

Au cours de la technique de correction laser PKR (photokératectomie à visée réfractive), l’épithélium est retiré sur une zone d’environ 8 à 9 mm de diamètre. La repousse épithéliale nécessite une durée de 4 à 5 jours.

 

Couche de Bowman

Cette couche possède une épaisseur de 8 à 14 microns. Elle est constituée de fibilles collagènes entralacées, au sein d’une matrice mucoprotéinique. Ces fibrilles ont un diamètre de 20 à 25 nm, sans orientation privilégiée. La couche de Bowman n’est pas une membrane individualisée, mais une zone de transition vers le stroma sous jacent; sa limite avec le stroma n’est pas clairement individualisable. Le rôle de la couche de Bowman demeure incertain. Sa disparition partielle après PKR, sa section circulaire périphérique (capot de LASIK) ne semble pas induire d’anomalie particulière.

 

Stroma

Le stroma est la couche principale de la cornée, dont il occupe environ 90% de l’épaisseur. Il est composé de cellules (kératocytes) et d’une matrice extra cellulaire qui contient de nombreuses macro molécules, dont l’arrangement harmonieux est le garant du maintien de la transparence du tissu cornéen. Les dimensions des kératocytes varient au sein du stroma cornéen. De même, leur densité diminue de la cornée (stroma) superficielle vers les couches plus profondes.  Ces kératocytes digèrent et fabriquent le tissu collagène constitutif de la matrice extra cellulaire.

Le stroma le plus superficiel est constitué par la partie postérieure de la couche de Bowman, qui est composée d’une matrice extracellulaire faite de collagène et de protéoglycanes. Les collagènes impliqués dans la formation de cette couche acellulaire sont des fibrilles de types I et V, où s’entremêlent des filaments de collagène de type VI. Les principaux protéoglycanes sont la décorine et le lumican (respectivement associés avec le dermatan sulfate et le keratan sulfate).

Les fibrilles de collagène ont un diamètre compris entre 25 et 35 nm, et sont organisées en faisceaux parallèles aplatis appelés « lamelles » ou « fibres ». Le stroma cornéen est composé d’un empilement de 200 à 300 lamelles de collagènes entrelacées; l’épaisseur des lamelles les plus profondes est de l’ordre de 2.5 microns.

Les lamelles cornéennes les plus superficielles sont courtes, et entrecroisées, et reliées entre elles par des ponts, alors que dans le stroma postérieur, ces lamelles sont longues, épaisses, et parcourent l’intégralité du diamètre cornéen. Des travaux récents montrent qu’il existe des fibres arquées qui relient la couche de Bowman et des fibres plus profondes.  Les fibres sont reliées entre elles. : forme un réseau, qui encapsule la cornée antérieure et contribue à la rigidité de celle-ci.

Cet aspect structurel est certainement un trait évolutif, qui participe à la forme de coupole hémisphérique de la cornée. Chez les animaux marins (ex : requin blanc), où les cornées sont peu cambrées (rôle réfractif moindre en raison de la faible différence d’indice de réfraction entre l’eau et le stroma), les études ultra structurales  révèlent une structure plus simple: les lamelles cornéennes du stroma sont parallèles, et reliées par fibres verticales qui ancrent les couches lamellaires.

L’étude des cornées atteintes de kératocone révèle que les fibres antérieures semblent répondre à un modèle plus simple, moins entrelacé. La rigidité biomécanique de la cornée est altérée, ce qui rend celle-ci plus sujette à des déformations responsable d’une irrégularité topographique.

Les kératocytes sont des cellules de la famille des fibroblastes: ces cellules sont aplaties, situées entre les lamelles. Elles synthétisent le collagène et la matrice extra cellulaire du tissu cornéen.

La matrice extra cellulaire rempli l’espace compris entre les fibrilles, les lamelles (fibres) et les kératocytes. Elle contient des protéoglycanes, des macromolécules comme le glycosaminoglycane.

 

kératocytes et stroma cornéen

Les kératocytes sont des cellules fibroblastiques aplaties, situées au contact étroit avec les fibres collagènes du stroma cornéen.

L’élasticité du tissu cornéen est faible: on considère que l’élongation liée à la pression intra oculaire n’est que de 0.25% dans des conditions physiologiques.

L’hydratation cornéenne est un paramètre important: son taux est proche de 78%. Ce taux est en grande partie conditionné par l’intégrité des barrières endothéliales et épithéliales. Au niveau de l’endothélium ont lieu des phénomènes de pompage actif, grâce à des mécanismes de pompes ioniques sous la dépendance d’enzymes de type ATPase.

La transparence du stroma cornéen résulte de l’arrangement régulier et harmonieux des fibrilles de collagènes, dont l’espacement est de quelques dizaines de nanomètre, ce qui permet de générer des interférences lumineuses destructrices dans les directions latérales à la direction principale de propagation des ondes lumineuses (réduction de la diffusion lumineuse).

Le stroma est la couche qui est découpée et sculptée en chirurgie réfractive cornéenne. Son épaisseur détermine en partie les possibilités offertes par le LASIK (voir : LASIK et épaisseur cornéenne).

La membrane de Descemet

Elle correspond à la membrane basale de l’endothélium, qui est la couche cellulaire la plus profonde de la cornée. Elle est produite de manière continue au cours de l’existence, ce qui contribue à son épaississement au fil du temps. Chez l’enfant, son épaisseur n’est que de 5 microns, alors qu’elle peut atteindre 15 microns après 60 ans. Elle est constituée de deux couches: la lame antérieure (3 microns), qui est constituée au cours du développement embryologique et constituée de collagène, et la lame postérieure, qui est la couche sécrétée par les cellules endothéliales.

La membrane de Descemet est dépourvue de fibres élastiques, mais elle possède pourtant des propriétés élastiques qui font que détachée du stroma, la memrbane de Descemet s’enroule sur elle-même. Ceci est couramment observé au cours de la chirurgie de greffe endothéliale (DMEK).

 

 

Endothélium

L’endothélium est constitué d’une mosaïque de cellules jointives, au contour hexagonal. Cette distribution particulière est liée à une optimisation du pavage de la face postérieure de la cornée: le périmètre hexagonal assure une densité maximale de cellules en contact, pour un minium de périmètre de membranes cellulaires. On retrouve ce type d’arrangement au niveau des articles internes des photorécepteurs rétiniens, et dans la nature au sein des nids des ruches d’abeilles. Cette disposition permet d’assurer un contact maximal entre la surface des cellules et le stroma sus-jacent. Le pourcentage de cellules de countour hexagonal peut être estimé au cours des mesures par microscopie spéculaire de l’endothélium. Sa diminution est observée au cours de certaines pathologies endothéliales. Les cellules endothéliales ont une taille relativement homogène, mais en cas de pathologie endothéliale, elles peuvent présenter des variations de surface, que l’on estime par le calcul d’un coefficient de variation (CV).

Représentation de l'endothélium cornéen

L’endothélium cornéen est une mono-couche de cellules jointives, de pourtour hexagonal, situées à la face postérieure (profonde) de la cornée. Noter la taille relativement homogène des cellules.

Les cellules endothéliales sont munies d’un système de pompe cellulaire qui permet de rejeter les molécules d’eau qui peuvent diffuser passivement dans la cornée vers l’humeur aqueuse; ceci permet de contrôler l’état d’hydratation de la cornée, et donc sa transparence.

Contrairement aux cellules épithéliales, les cellules endothéliales ne prolifèrent pas in vivo, et même s’il pourrait exister un contingent de cellules souches endothéliales, leur densité décline au cours de l’existence. De plus de 6000 cellules par mm2 à la naissance, la densité endothéliale décline jusqu’à 2000 à 3000 cellules par mm2 (perte estimée à 0.5% par an). Ce déclin se caractérise par un élargissement des cellules, afin de recouvrir la surface cornéenne postérieure. La densité des cellules endothéliales est plus importante en périphérie qu’au centre de la cornée.

Le maintien d’un contingent de cellules endothéliales suffisant est nécessaire au maintien d’un taux optimal d’hydratation de la cornée. Certaines dystrophies comme la dystrophie de Fuchs sont caractérisée par la présence d’un œdème de cornée car il existe une perte importante en cellules endothéliales (ex : cornea guttata). Cet oedème est à l’origine des symptômes visuels de la maladie.

La membrane de Descemet est la membrane basale de l’endothélium cornéen qui la sécrète; son épaisseur est d’environ 12 microns chez les adultes. Au fil du temps, du matériel membranaire peut s’accumuler en certains endroits. En périphérie de la cornée, des dépôts endothéliaux peuvent être observés chez les adultes: ils sont appelés « corps de Hassall – Henle ». La constatation de dépots centraux (aspects de « gouttes ») fait poser le diagnostic de cornea guttata. En cas de dystrophie endothéliale comme la cornea guttata/ dystrophie de Fuchs, la cornée s’épaissit car un œdème stromal résulte du dysfonctionnement épithélial.

 

Récemment, une nouvelle entité anatomique, la « couche de Dua », a été identifiée au sein du tissu cornéen : elle a reçu le nom de l’auteur à l’origine de la publication scientifique principes (le Pr Harminder Dua). Cette couche se situerait entre stroma et membrane de Descemet; elle pourrait avoir un intérêt dans la chirurgie de greffe profonde de la cornée.

Une réponse à “La cornée”

  1. Dr ghassan dit :

    C est un article scientifique utile et très intéressant .

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