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Le cristallin

Le cristallin de l’oeil: rôle et anatomie

Le cristallin est une lentille optique naturelle de l’oeil qui participe à la focalisation des rayons lumineux sur la rétine et à l’accommodation (mise au point en vision de près). Le cristallin jeune est souple, transparent, et possède une forme de pourtour elliptique en coupe.  IL est situé dans la chambre postérieure de l’œil, en avant de la cavité vitréenne, et en arrière de l’iris. Le cristallin est suspendu à l’anneau formé par le corps ciliaire par l’intermédiaire de la zonule cristallinienne, ligament constitué de fibres qui s’insèrent au niveau de l’équateur du cristallin. La cataracte résulte de la perte de la transparence du cristallin pour la lumière visible.

 

Rôle du cristallin

Le rôle du cristallin est double : il permet à la lumière captée par l’œil et émise d’objets lointains de converger vers la rétine,  pour y former une image focalisée et nette. Quand le muscle ciliaire se contracte, les fibres zonulaires se relâchent et le cristallin, naturellement élastique, adopte une forme plus bombée. Ceci augmente le pouvoir optique du cristallin, et permet l’accommodation : les rayons émis par les objets proches de l’œil étant alors focalisés sur la rétine.

 

Dimensions du cristallin

La forme globale du cristallin est celle d’une lentille biconvexe, dont la face arrière est plus cambrée que la face avant.

cristallin anatomie

Elements principaux du cristallin, situé dans la chambre postérieure, en arrière de l’iris.

Le centre de la face avant correspond au «pôle antérieur », le centre de la face arrière correspond au « pôle postérieur ». L’équateur du cristallin est la plus grande circonférence située, entre les pôles antérieur et postérieur. L’épaisseur du cristallin correspond à la distance entre les pôles. L’épaisseur du cristallin au repos (sans accommodation) varie entre 3.5 et 5 mm. L’épaisseur du cristallin augmente au cours de la vie, d’environ 0.02 mm par an (1). Le rayon de courbure antérieur (au pôle) varie entre 8 et 14 mm, le rayon de courbure postérieur varie entre 5 et 8 mm. Le diamètre du cristallin correspond à la distance entre entre le bord nasal et le bord temporal (à l’équateur) du cristallin. Ce diamètre varie entre 6.5 mm à la naissance, et 9 mm à l’adolescence.  Les courbures du cristallins se modifient progressivement avec le temps (2).

 

Pouvoir optique

Le pouvoir optique du cristallin dépend de la courbure de ses surfaces, son indice de réfraction, et son épaisseur. La courbure de ses surfaces varie en fonction de l’état de l’accommodation :  il est de 20 dioptries environ, hors accommodation. Le cristallin est une lentille qui possède une particularité : son indice de réfraction n’est pas uniforme (le cristallin est « anisotrope »). La valeur de l’indice de réfraction du cristallin décroit du centre vers les pôles et l’équateur. Cette variation est due à des modifications (gradient) de la concentration des protéines cristallinienne, et est en partie le produit des mécanismes qui gouvernent la croissance du cristallin. Une page est consacrée à la modélisation du pouvoir optique du cristallin. Le

L’accommodation résulte en une augmentation de la puissance du cristallin, car sa face antérieure devient plus bombée. L’amplitude maximale de l’accommodation est de 14 Dioptries, entre l’âge de 8 et 12 ans. Ensuite, l’accommodation décroît avec l’âge, pour devenir nulle vers l’âge de 55 ans, car le cristallin ne se déforme plus.

Développement embryologique

Il est intéressant de comprendre le développement du cristallin, car il permet de comprendre la structure particulière de ce tissu. Le cristallin est une structure d’origine épithéliale (la couche cellulaire concernée pendant l’embryogénèse du cristallin est l’ectoderme, qui donne également la peau, les poils, etc. ). Il est formé au cours du développement embryologique par une couche de cellules qui s’invagine (se creuse en se refermant sur elle-même), et forme alors une sphère cristallinienne initialement creuse. Les cellules épithéliales situées au niveau de la face postérieure se différencient et s’allongent, en formant les premières fibres cristalliniennes. Leur croissance comble progressivement le vide central de la sphère cristallinienne, et les fibres du cristallin viennent alors au contact des cellules épithéliales antérieures. Ces dernières vont assurer la croissance ultérieure du cristallin. Il existe en effet une zone située juste à l’avant de l’équateur, sous la capsule cristallinienne, où des cellules épithéliales germinatives se multiplient,  et croissent en s’allongeant à l’avant  et vers l’arrière,  en recouvrant des fibres plus anciennes.

Ce développement particulier permet de comprendre l’anatomie et la structure du cristallin adulte, qui est constitué de différentes couches concentriques : l’arrangement spatial des fibres cristalliniennes est particulier, faisant penser aux lamelles d’un oignon. Chaque lamelle est constituée d’une couche de fibres épithéliales. L’arrangement en « lamelles » d’espacement régulier et sans orientation privilégiée est intéressante sur le plan optique (elle sassuretransparence du cristallin) et biomécanique (propriétés de déformation nécessaire pendant l’accommodation).

On conçoit aisément qu’une anomalie de ce développement cristallinien, survenant au cours de la grossesse, peut provoquer une cataracte congénitale, qui apparaît dès la naissance ou peu après. La rubéole est une cause classique de cataracte : contractée avant la 7e semaine de grossesse, quand la capsule est perméable au virus de la rubéole,  elle entrave le processus normal du développement cristallinien. Le vieillissement du cristallin se manifeste par la formation d’agrégats protéiques qui désorganisent l’agencement régulier des protéines des cellules cristalliniennes et provoquent une augmentation de la diffusion lumineuse.

Les couches du cristallin

Les couches principales pouvant être individualisées sont :

–              le noyau embryonnaire du cristallin : il correspond aux fibres primaires, développées à partir de l’épithélium postérieur pendant le développement embryonnaire.

–              Le noyau fétal : il provient des fibres formées par les divisions cellulaires antérieures, au cours de la vie fœtale.

–              Le noyau adulte : il se constitue entre la naissance et l’adolescence.

–              Le cortex est formé de fibres cristalliniennes constituées après l’adolescence. Ces structures n’ont pas le même indice de réfraction, qui est d’autant plus important que la structure est centrale.

 

Les couches du cristallin comportent : le noyau embryonnaire (E), le noyau fœtal (F), le noyau adulte (A) et le cortex (C). Avec l’âge, le cristallin perd sa transparence, et le cortex s’épaissit (en bas à droite).

Les couches du cristallin comportent : le noyau embryonnaire (E), le noyau fœtal (F), le noyau adulte (A) et le cortex (C). Avec l’âge, le cristallin perd sa transparence, et le cortex s’épaissit (en bas à droite).

On peut observer ces couches lors de l’examen du cristallin à la lampe à fente, en utilisant une fente fine lumineuse, et un éclairage légèrement oblique.

cristallin en coupe lampe à fente

L’observation du cristallin au biomicroscope (lampe à fente) permet d’observer ses différentes couches constitutives

 

Les sutures du cristallin

Elles naissent du développement des fibres du cristallin, et de leur rencontre vers les pôles (6). La jonction entre ces cellules fibreuses forme une suture. La suture antérieure est logiquement formée par les portions apicales des fibres, alors que la suture postérieure est formée par les portions basales de ces mêmes fibres.

Les fibres constituées au cours du développement embryologique se rencontrent en formant trois branches, dessinant une forme en Y. La suture antérieure forme un Y à l’endroit, alors que la suture postérieure forme un Y à l’envers.

sutures du cristallin

Représentation schématique des sutures du cristallin au niveau du noyau fœtal. Les sutures sont constituées de la réunion de fibres (6 sont montrées ici) qui s’insèrent sur une suture commune.

Au cours de la croissance du cristallin, cet arrangement se modifie, les sutures adoptant une forme et une orientation plus variable, et le nombre de branche passant de 3, à plus d’une douzaine (3).

 

Capsule du cristallin

La capsule du cristallin est une enveloppe transparente qui entoure entièrement le cristallin. Son épaisseur est variable selon la localisation : elle est plus fine aux pôles et à l’équateur, et plus épaisse dans une région annulaire entourant le pôle antérieur (4).

La capsule du cristallin est une enveloppe qui entoure l’intégralité du cristallin. Elle est plus épaisse vers l’équateur,  l’endroit où s’insèrent les fibres de la zonule. La capsule perd sa souplesse au fil du temps, expliquant la réduction du pouvoir accommodatif et l’apparition de la presbytie.

La capsule du cristallin est une enveloppe qui entoure l’intégralité du cristallin. Elle est plus épaisse vers l’équateur, l’endroit où s’insèrent les fibres de la zonule. La capsule perd sa souplesse au fil du temps, expliquant la réduction du pouvoir accommodatif et l’apparition de la presbytie.

La capsule du cristallin est histologiquement une membrane basale, et sa face antérieure s’épaissit au fil du temps, devenant la membrane basale la plus épaisse de l’organisme. Elle est constituée de collagène, dépourvue de fibres élastiques, mais possède des propriétés d’élasticité en raison de l’arrangement lamellaire des fibres du cristallin.

Sans l’influence des fibres de la zonule,  qui la mettent en tension, la capsule du cristallin tend à adopter une forme circulaire. Les fibres de la zonule s’insèrent sur la capsule antérieure et postérieure, de l’équateur au pôle. Cette propriété explique que le mécanisme accommodatif repose sur un relâchement de la zonule, permettant à la capsule antérieure d’adopter une forme plus sphérique et d’accroître ainsi le pouvoir optique du cristallin (5).

La capsule du cristallin joue également un rôle métabolique : elle forme une barrière contre certaines macromolécules comme l’albumine et l’hémoglobine.

La perte de la souplesse de la capsule du cristallin avec l’âge explique grandement l’apparition de la presbytie : la contraction du muscle ciliaire provoquant un relâchement de la zonule, mais la capsule se déforme moins, en tous cas insuffisamment pour augmenter suffisamment la puissance du cristallin.

Lors de la chirurgie de la cataracte, il faut réaliser une découpe circulaire de la capsule antérieure, appelée capsulorexhis. Cette découpe permet d’accéder au cortex et noyau du cristallin, afin de les aspirer. Le reste de la capsule est préservé pour servir de support à l’implant intra oculaire (cristallin artificiel).

Epithélium du cristallin

Il est uniquement situé sous la capsule antérieure, car l’épithélium postérieur est « consommé » au cours du développement embryologique pour former les fibres postérieures du cristallin. Cet épithélium antérieur sécrète la capsule antérieure, ce qui explique l’épaississement de celle-ci au fil du temps.

La croissance du cristallin au cours de l’existence est assurée par les cellules germinatives de l’épithélium cristallinien, qui se situent dans la région pré équatoriale antérieure. Ces cellules s’allongent, leur partie basale migrant vers le pôle postérieur, et leur partie apicale (sommet de la cellule) vers le pôle antérieur. Ce processus s’accomplit donc de part et d’autre de l’équateur du cristallin, et les cellules plus récentes s’insinuent entre la capsule et les cellules plus anciennes. Au terme de ce processus de croissance, les cellules perdent leur noyau et organelles : elles deviennent alors des fibres cristalliniennes. Les fibres les plus récentes sont donc les plus superficielles.

croissance du cristallin et cellules germinatives

La croissance continue du cristallin est liée à la présence de cellules germinatives épithéliales, situées en avant de l’équateur, et qui subissent des divisions successives. Les cellules adoptent une forme de plus effilées, aplatie, formant une sorte d’arceau aplati et de section hexagonale, qui finit par connecter les pôles antérieur et postérieur. Au terme de ce processus de croissance et migration, la cellule perd alors ses organelles, et forme une fibre cristallinienne. Le processus est continu, et permet la formation d’un empilement de fibres. Après l’adolescence, ces fibres constituent la couche corticale (cortex) du cristallin.

 

Fibres du cristallin

La production des fibres du cristallin se poursuit au fil de l’existence. Le cristallin est constitué d’un empilement concentrique de fibres adjacentes. Ces fibres ont une section hexagonale, et une forme globale de croissant effilé (6).

fibres du cristallin (cortex)

Les fibres corticales sont hexagonales en section. Elles peuvent glisser les unes par rapport aux autres, ce qui est utile au cours de l’accommodation pour permettre au cristallin de se déformer.

L’intérieur de ces fibres (cytoplasme) est constitué d’une concentration élevée de protéines appelées « protéines cristallines ». La distribution de ces protéines et leur concentration décroît du noyau vers le cortex superficiel, ce qui contribue à la variation de l’indice de réfraction du cristallin. La formation d’agrégats protéiques provoque une perte de la régularité spatiale des protéines et une réduction de la transparence du tissu cristallinien. Des travaux expérimentaux récents suggèrent que le lanostérol pourrait re-solubiliser ces agrégats protéiques et augmenter la transparence du cristallin.

Zonule du cristallin

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. La zonule étant insérée au corps ciliaire, elle subit l’action du muscle ciliaire qui, en se contractant, relâche les fibres de la partie antérieure de la zonule, ce qui détend la capsule du cristallin et fait bomber celui-ci.

représentation de la zonule du cristallin

Visualisation du ligament zonulare (chefs antérieur et postérieur) à l’occasion du bilan d’une laxité zonulaire avec ectopie du cristallin (sous dilatation irienne maximale)

 

Transparence du cristallin

Le cristallin est une lentille naturelle, qui permet de réfracter la lumière vers la rétine. Le cristallin doit être transparent. La transparence du cristallin est assurée par :

–              L’absence de vaisseaux sanguins (le cristallin est avasculaire)

–              La rareté des organelles intracellulaires

–              La régularité de l’arrangement des fibres du cristallin

–              La contiguïté des zones dont l’indice de réfraction varie

Pour se diviser, les cellules épithéliales germinatives ont besoin d’énergie ; les nutriments nécessaire à leur métabolisme énergétique sont apportés par l’humeur aqueuse, qui baigne la face avant du cristallin. Comme pour tout processus métabolique, l’activité des cellules produit des radicaux libres, potentiellement toxiques car à même de causer des dommages cellulaires. Le cristallin est riche en gluthatione, qui est une molécule anti-oxydante synthétisée par les cellules du cortex. Avec le développement du cristallin, cette molécule pourrait diffuser de manière plus difficile vers le noyau, provoquant une augmentation des phénomènes oxydatifs, pouvant alors conduire à l’apparition d’une cataracte. Le cristallin et l’humeur aqueuse sont également riches en acide ascorbique (vitamine C). Cet anti oxydant participe à la protection cellulaire, contre les mécanismes oxydatifs, et la toxicité des rayonnements ultraviolets : la cornée arrête les rayonnements dont la longueur d’onde est inférieure à 300 nm ; le cristallin absorbe la bande de radiation UV située entre 300 et 400 nm.

Le maintien de la transparence du cristallin repose donc sur un équilibre particulier entre phénomènes oxydatifs, et molécules anti oxydantes. De nombreuses affections menacent cet équilibre et peuvent conduire à l’apparition précoce d’une cataracte, qu’elles soient métaboliques (diabète), physique (traumatisme, rayonnement), etc. A titre d’exemple, dans le cas du diabète, l’augmentation du taux de glucose dans l’humeur aqueuse conduit à sa transformation en sorbitol, qui produit un gradient osmotique et l’hydratation excessive des fibres du cristallin, qui gonflent, et provoquent une perte de la transparence du cristallin.

 

Courbure du cristallin

La détermination des courbures antérieures et postérieures du cristallin n’ai pas chose aisée, car celles-ci changent au cours de l’accommodation. En raison de la croissance continue du cristallin, ces données sont également susceptibles de varier au fil du temps. L’étude de la courbure de la face postérieure est soumise à une certaine incertitude, car on ne peut déterminer avec exactitude la valeur du gradient d’indice de réfraction du cristallin.

Il est plus pertinent d’effectuer ce type d’étude de manière « in vivo », car le cristallin adopte une forme plus sphérique une fois retiré (à l’état naturel, le cristallin est « sous tension », par l’intermédiaire des fibres zonulaires : le relâchement de cette tension permet l’accommodation).

Dimensions globales du cristallin, assimilable à une lentille biconvexe asymétrique.  RA: rayon de courbure antérieur, RP : rayon de courbure postérieur. PA: pôle antérieur. PP : pôle postérieur. E : équateur. PA: pôle antérieur, PP: pôle postérieur

Dimensions globales du cristallin, assimilable à une lentille biconvexe asymétrique. RA: rayon de courbure antérieur, RP : rayon de courbure postérieur. PA: pôle antérieur. PP : pôle postérieur. E : équateur. PA: pôle antérieur, PP: pôle postérieur

L’analyse du reflet spéculaire émis par les différentes surfaces réfractives de l’œil (images de Purnkinje) permet de calculer le rayon de courbure au niveau des pôles antérieur et postérieur du cristallin. Brown et coll. ont retrouvé une courbure antérieure moyenne de 12.4 +/-2.6 mm, pour la face antérieure, et de 8.1+/-1.6 mm pour la face postérieure (7).

Asphéricité

L’asphéricité de la face avant du cristallin est de nature hyperbolique (Q<1), mais il existe une grande dispersion des données : Q=-1.08+/- 9.41 selon Smith et coll, la face postérieure est également asphérique  (-0.12+/-1.74) (8)

Epaisseur

Elle est souvent fixée autour d’une valeur moyenne de 3.6 mm, mais augmente continument avec le temps. Elle varie également au cours de l’accommodation.

Indice de réfraction

Il varie entre 1.406 au centre, et 1.386 selon Gullstrand. Cette variation influence le taux d’aberration sphérique oculaire. Pour les calculs optiques et les modèles d’yeux, on choisit généralement une valeur inique de 1.42.

Diamètre équatorial

Il varie entre 8.5 et 10 mm : les implants de cristallin artificiel ont un diamètre hors tout légèrement supérieur à cette valeur (11 à 12 mm en général). Ils mettent ainsi la capsule cristallinienne en tension.

Variations temporelles des dimensions cristalliniennes

Le grossissement du cristallin au cours de la vie implique une modification de sa géométrie : le rayon de courbure antérieure décroit (augmentation de la cambrure), et le rayon de courbure postérieure également.  Ceci devrait produire une augmentation de la puissance du cristallin et une myopisation. Cependant, on observe pas de changement réfractif significatif au cours de l’âge adulte : l’augmentation de l’épaisseur du cristallin, et un possible changement progressif d’indice de réfraction semble compenser l’effet de la cambrure et maintenir une puissance crsitallinienne relativement constante. En cas de cataracte nucléaire, une mopisation est en revanche couramment observée.

 

Références

 

1)      Dubbelman M et coll. The thickness of the human lens obtained from corrected Scheimpflug images. Optom Vis Sci,2001; 78(6):411

2)      Koretz JF et coll. Analysis of human crystalline lens curvature as a function of accommodative state and age. Vis Res, 1984:24:11-41

3)      Hogan MJ et coll. Histology of the human eye, Philadelphia,Saunders, 1971, p 638

4)      Sasaki K et coll. In vivo observation of the crystalline lens capsule. Ophthalmic Res, 1988;20(3):154

5)      Garner LE et coll. Changes in equivalent and gradient refractive index of the crystalline lens with accommodation. Opt Vis Sci, 1997;74(2):114

6)      Kuszak et coll. Electron microscopic observations of the crystalline lens. Microsc Res Tech, 1996;33:441

7)      Brown N. The change in lens curvature with age. Exp Eye Res, 1974;19:175-183

8)     Smith G et coll. The optical modelling of the human lens. Ophthalmic Physiol Opt, 1991;11:359-69

 

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