Simple Summary Good oxygenation of both bowel ends is an important prerequisite to promote anastomotic healing after colorectal resections. Bowel oxygenation is usually assessed clinically. Hyperspectral imaging is a contactless and contrast-free tool that allows quantifying tissue oxygen intraoperatively. In this study, the results of 105 colorectal resections with hyperspectral imaging are reported. Abstract Background: A perfusion deficit is a well-defined and intraoperatively influenceable cause of anastomotic leak (AL). Current intraoperative perfusion assessment methods do not provide objective and quantitative results. In this study, the ability of hyperspectral imaging (HSI) to quantify tissue oxygenation intraoperatively was assessed. Methods: 115 patients undergoing colorectal resections were included in the final analysis. Before anastomotic formation, the bowel was extracted and the resection line was outlined and imaged using a compact HSI camera, in order to provide instantaneously quantitative perfusion assessment. Results: In 105 patients, a clear demarcation line was visible with HSI one minute after marginal artery transection, reaching a plateau after 3 min. In 58 (55.2%) patients, the clinically determined transection line matched with HSI. In 23 (21.9%) patients, the clinically established resection margin was entirely within the less perfused area. In 24 patients (22.8%), the HSI transection line had an irregular course and crossed the clinically established resection line. In four cases, HSI disclosed a clinically undetected lesion of the marginal artery. Conclusions: Intraoperative HSI is safe, well reproducible, and does not disrupt the surgical workflow. It also quantifies bowel surface perfusion. HSI might become an intraoperative guidance tool, potentially preventing postoperative complications.

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Au laboratoire comme sur le terrain, le choix de la cadence lors de l’exercice de pédalage est un élément important dans la réalisation d’un exercice. De nombreux travaux ont porté sur l’effet de la cadence de pédalage sur différents aspects tels que la performance, les paramètres cardiorespiratoires, la participation du métabolisme « anaérobie » et le recrutement musculaire. Cependant, très peu de travaux ont étudié l’effet de la cadence de pédalage sur la disponibilité et l’utilisation d’O2 au niveau musculaire et cérébral. L’objectif principal de cette thèse était de comprendre les effets de la cadence de pédalage sur la disponibilité en O2 ainsi que l’utilisation d’O2 au niveau musculaire et cérébral. Le but de nos trois plans expérimentaux était d’étudier d’une part l’effet de la cadence de pédalage sur l’hétérogénéité de la déoxygénation musculaire lors de l’exercice modéré et d’autre part l’effet de la cadence sur l’oxygénation musculaire et cérébrale et sur la performance lors de l’exercice intense chez des sujets non entraînés ainsi que chez des sujets entraînés à l’endurance.Ce travail nous a permis de montrer que, lors de l’exercice d’intensité modérée, V ̇O2 de l’organisme entier et l’hétérogénéité de la déoxygénation musculaire étaient plus élevées à cadence élevée qu’à cadence faible, bien que la déoxygénation n’était pas modifiée par la cadence de pédalage chez les sujets non entraînés à l’endurance. D’autre part, lors de l’exercice intense mené jusqu’à l’épuisement, la performance était améliorée à 40 rpm par rapport à 100 rpm chez les sujets non entraînés tandis qu’aucune différence significative n’était observée entre les deux cadences chez les triathlètes. De plus, l’extraction d’O2 au niveau du vastus lateralis était dépendante de la cadence de pédalage chez les sujets non entraînés mais ne l’était pas chez les sujets entraînés à l’endurance. Enfin, nous avons observé un effet de la cadence de pédalage sur l’oxygénation cérébrale et en particulier une possible élévation de la disponibilité en O2 au niveau cérébral à faible cadence de pédalage chez les deux populations. Pour conclure, ce travail nous a permis de mettre en évidence des différences liées à l’aptitude aérobie des sujets et à l’intensité de l’exercice dans les réponses de l’oxygénation cérébrale et musculaire et de la performance lors d’exercices effectués à différentes cadences. / Choosing the pedalling cadence during the cycling exercise, in the laboratory as well as on the field, is a crucial element in fulfilling an exercise. Many studies have examined the effect of pedal cadence on various aspects such as performance, cardiorespiratory parameters, the participation of the “anaerobic” metabolism and muscle recruitment. However, few studies have investigated the effect of pedal cadence on the O2 availability and its utilization in the muscle as well as in the brain. This is why the main objective of this thesis was to understand this subject which is underdeveloped. The aim of our three experimental procedures was on one hand to study the effect of pedal cadence on the heterogeneity of the muscle’s deoxygenation during moderate exercise. On the other hand, to study the effects of pedal cadence on muscle and cerebral oxygenation and also on the performance during heavy exercise in untrained subjects, as well as in endurance-trained subjects.This work allows us to show that at moderate-intensity exercise, whole body V ̇O2 and the heterogeneity of muscle deoxygenation were higher at high cadence than at a lower one, even if the deoxygenation was not altered by the pedalling cadence in non-endurance-trained subjects. On the other hand, during intense exercise performed until exhaustion, the performance improved at 40 rpm than at 100 rpm in untrained subjects, while no significant difference was observed between the two cadences among triathletes. In addition, the O2 extraction in the vastus lateralis depended on the pedal cadence in untrained subjects and the opposite in endurance-trained subjects. Finally, we observed an effect of pedal cadence on cerebral oxygenation and in particular a possible rise in the availability of O2 in the brain on a lower cadence in both population levels. In conclusion, this work has allowed us to highlight the differences in the aerobic fitness of the subjects and in the intensity of the exercise in brain and muscle oxygenation responses and performance during exercises performed at different cadences.

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil important pour l’investigation qualitative et quantitative de la physiologie du cerveau. L’investigation de l’activité neuronale à l’aide de cette modalité est possible grâce à la détection de changements hémodynamiques qui surviennent de manière concomitante aux activités de signalisation des neurones, tels l’augmentation régionale du débit sanguin cérébral (CBF) ou encore la variation de la concentration de désoxyhémoglobine dans les vaisseaux veineux. Pour étudier la formation de contrastes fonctionnels qui découlent de ces phénomènes, deux séquences de pulses ont été développées en vue d’expériences en IRM fonctionnelle (IRMf) visant l’imagerie du signal oxygéno-dépendant BOLD ainsi que de la perfusion. Le premier objectif de cette thèse fut le développement d’une séquence de type écho-planar (EPI) permettant l’acquisition entrelacée d’images en mode échos de gradient (GRE-EPI) ainsi qu’en mode échos de spins (SE-EPI) pour l’évaluation de la performance de ces deux méthodes d’imagerie au cours d’une expérience en IRMf BOLD impliquant l’utilisation d’un stimulus visuel chez 4 sujets adultes sains. Le deuxième objectif principal de cette thèse fut le développement d’une séquence de marquage de spins artériels employant un module de marquage fonctionnant en mode pseudo-continu (pCASL) pour la quantification du CBF au repos. Cette séquence fut testée chez 3 sujets adultes en bonne santé et sa performance fut comparée à celle d’une séquence similaire développée par un groupe de recherche extérieur. Les résultats de l’expérience portant sur le contraste BOLD indiquent une supériorité de la performance du mode GRE-EPI vis-à-vis celle du mode SE-EPI en termes des valeurs moyennes du pourcentage de l’ampleur d’effet et du score t associés à l’activité neuronale en réponse au stimulus. L’expérience visant la quantification du CBF démontra la capacité de la séquence pCASL développée au cours de ce projet de calculer des valeurs de la perfusion de la matière grise ainsi que du cerveau entier se retrouvant dans une plage de valeurs qui sont physiologiquement acceptables, mais qui demeurent inférieures à celles obtenues par la séquence pCASL développée par le groupe de recherche extérieur. Des expériences futures seront effectuées pour optimiser le fonctionnement des séquences présentées dans ce mémoire en plus de quantifier l’efficacité d’inversion de la séquence pCASL. / Magnetic resonance imaging (MRI) is an important tool for the qualitative and quantitative investigation of brain physiology. The investigation of neuronal activation using this modality is made possible by the detection of concomitantly-arising hemodynamic changes in the brain’s vasculature, such as localized increases of the cerebral blood flow (CBF) or the variation of the concentration of paramagnetic deoxyhemoglobin in venous vessels. To study the formation of functional contrasts that stem from these changes in MRI, two pulse sequences were developed in this thesis to carry out experiments in blood oxygenation level dependent (BOLD) and perfusion functional MRI (fMRI). The first objective laid out in this work was the development of an echo planar imaging (EPI) sequence permitting the interleaved acquisition of images using gradient-echo EPI and spin-echo EPI to assess the performances of these imaging techniques in a BOLD fMRI experiment involving a visual stimulation paradigm in 4 healthy adult subjects. The second main objective of this thesis was the development of a pseudo-continuous arterial spin labelling (pCASL) sequence for the quantification of cerebral blood flow (CBF) at rest. This sequence was tested on 3 healthy adult subjects and compared to an externally-developed pCASL sequence to assess its performance. The results of the BOLD fMRI experiment indicated that the performance of GRE-EPI was superior to that of SE-EPI in terms of the average percent effect size and t-score associated with stimulus-driven neuronal activation. The CBF quantification experiment demonstrated the ability of the in-house pCASL sequence to compute values of CBF that are within a range of physiologically-acceptable values while remaining inferior to those computed using the externally-developed pCASL sequence. Future experiments will focus on the optimization of the sequences presented in this thesis as well as on the quantification of the pCASL sequence’s labelling efficiency.

La résonance magnétique cardiovasculaire sensible à l'oxygénation (OS-CMR) est devenue une modalité d'imagerie diagnostique pour la surveillance de changements dans l'oxygénation du myocarde. Cette technique offre un grand potentiel en tant qu'outil diagnostic primaire pour les maladies cardiovasculaires, en particulier la détection non-invasive d'ischémie. Par contre, il existe plusieurs facteurs potentiellement confondants de cette technique, quelques-uns d'ordre méthodologique comme les paramètres de séquençage et d'autres de nature physiologiques qui sont peut compris. En raison des effets causés par le contenu tissulaire d'eau, l'état d'hydratation peut avoir un impact sur l'intensité du signal. Ceci est un des aspects physiologiques en particulier dont nous voulions quantifier l'effet confondant par la manipulation de l'état d'hydratation chez des humains et l'observation des changements de l'intensité du signal dans des images OS-CMR. Méthodes: In vitro: Du sang artériel et veineux de huit porcs a été utilisé pour évaluer la dilution en série du sang et son effet correspondant sur l'intensité du signal de la séquence OS. In vivo: Vingt-deux volontaires en santé ont subi OS-CMR. Les concentrations d'hémoglobine (Hb) ont été mesurées au niveau de base et immédiatement après une l'infusion cristalloïde rapide de 1000 mL de solution Lactate Ringer's (LRS). Les images OS-CMR ont été prises dans une vue mid-ventriculaire court axe. L'intensité du signal myocardique a été mesurée durant une rétention respiratoire volontaire maximale, suite à une période d'hyperventilation de 60 secondes. Les changements dans l'intensité du signal entre le début et la fin de la rétention de la respiration ont été exprimés relativement au niveau de base (% de changement). Résultats: L'infusion a résulté en une diminution significative de l'Hb mesurée (142.5±3.3 vs. 128.8±3.3 g/L; p<0.001), alors que l'IS a augmenté de 3.2±1.2% entre les images du niveau de base en normo- et hypervolémie (p<0.05). L'IS d'hyperventilation ainsi que les changements d'IS induits par l'apnée ont été attenués après hémodilution (p<0.05). L'évaluation quantitative T2* a démontré une corrélation négative entre le temps de T2* et la concentration d'hémoglobine (r=-0.46, p<0.005). Conclusions: Il existe plusieurs éléments confondants de la technique OS-CMR qui requièrent de l'attention et de l'optimisation pour une future implémentation clinique à grande échelle. Le statut d'hydratation en particulier pourrait être un élément confondant dans l'imagerie OS-CMR. L'hypervolémie mène à une augmentation en IS au niveau de base et atténue la réponse IS durant des manoeuvres de respiration vasoactives. Cette atténuation de l'intensité du signal devrait être tenue en compte et corrigée dans l'évaluation clinique d'images OS-CMR. / Background: Oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance (OS-CMR) has become a feasible diagnostic imaging modality for monitoring changes of myocardial oxygenation. This technique has great potential for use as a primary diagnostic tool for cardiovascular disease, particularly non-invasive detection of ischemia. Yet, there are several potential confounding factors of this technique, some methodological, such as sequence parameters and others are physiological and not well understood. Due to T2 effects caused by tissue water content, the hydration status may impact signal intensity. This is one physiological aspect in particular that we aimed at quantifying the confounding effect by manipulating hydration status in humans and observing signal intensity (SI) changes in OS-CMR images. Methods: In vitro: Arterial and venous blood from eight swine were used to assess serial dilution of blood and it corresponding effect on OS sequence signal intensity. In vivo: Twenty-two healthy volunteers underwent OS-CMR. Hemoglobin (Hb) concentrations were measured at baseline and immediately following rapid crystalloid infusion of 1,000ml of Lactated Ringer’s solution (LRS). OS-CMR images were acquired in a mid-ventricular short axis view. Myocardial SI was measured during a maximal voluntary breath-hold, after a 60-second period of hyperventilation. SI changes were expressed relative to baseline (% change). Results: The infusion resulted in a significant decrease in measured Hb (142.5±3.3 vs. 128.8±3.3 g/L; p<0.001), while SI increased by 3.2±1.2% between baseline images at normo- and hypervolemia (p<0.05). Both hyperventilation SI and the SI changes induced by apnea were attenuated after hemodilution (p<0.05). Quantitative assessment showed a negative correlation between T2* and hemoglobin concentration (r=-0.46, p<0.005). Conclusions: There are several confounders to the OS-CMR technique that require attention and optimization for future larger scale clinical implementation. The hydration status in particular may be a confounder in OS-CMR imaging. Hypervolemia leads to an increase in SI at baseline and attenuates the SI response during vasoactive breathing maneuvers. This attenuation in signal intensity would need to be accounted for and corrected in clinical assessment of OS-CMR images.

Ce projet illustre cinq études, mettant l'emphase sur le développement d'une nouvelle approche diagnostique cardiovasculaire afin d'évaluer le niveau d’oxygène contenu dans le myocarde ainsi que sa fonction microvasculaire. En combinant une séquence de résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) pouvant détecter le niveau d’oxygène (OS), des manœuvres respiratoires ainsi que des analyses de gaz artériels peuvent être utilisés comme procédure non invasive destinée à induire une réponse vasoactive afin d’évaluer la réserve d'oxygénation, une mesure clé de la fonction vasculaire. Le nombre de tests diagnostiques cardiaques prescrits ainsi que les interventions, sont en pleine expansion. L'imagerie et tests non invasifs sont souvent effectués avant l’utilisation de procédures invasives. L'imagerie cardiaque permet d’évaluer la présence ou absence de sténoses coronaires, un important facteur économique dans notre système de soins de santé. Les techniques d'imagerie non invasives fournissent de l’information précise afin d’identifier la présence et l’emplacement du déficit de perfusion chez les patients présentant des symptômes d'ischémie myocardique. Néanmoins, plusieurs techniques actuelles requièrent la nécessité de radiation, d’agents de contraste ou traceurs, sans oublier des protocoles de stress pharmacologiques ou physiques. L’imagerie RMC peut identifier une sténose coronaire significative sans radiation. De nouvelles tendances d’utilisation de RMC visent à développer des techniques diagnostiques qui ne requièrent aucun facteur de stress pharmacologiques ou d’agents de contraste. L'objectif principal de ce projet était de développer et tester une nouvelle technique diagnostique afin d’évaluer la fonction vasculaire coronarienne en utilisant l' OS-RMC, en combinaison avec des manœuvres respiratoires comme stimulus vasoactif. Ensuite, les objectifs, secondaires étaient d’utilisés l’OS-RMC pour évaluer l'oxygénation du myocarde et la réponse coronaire en présence de gaz artériels altérés. Suite aux manœuvres respiratoires la réponse vasculaire a été validée chez un modèle animal pour ensuite être utilisé chez deux volontaires sains et finalement dans une population de patients atteints de maladies cardiovasculaires. Chez le modèle animal, les manœuvres respiratoires ont pu induire un changement significatif, mesuré intrusivement par débit sanguin coronaire. Il a été démontré qu’en présence d'une sténose coronarienne hémodynamiquement significative, l’OS-RMC pouvait détecter un déficit en oxygène du myocarde. Chez l’homme sain, l'application de cette technique en comparaison avec l'adénosine (l’agent standard) pour induire une vasodilatation coronarienne et les manœuvres respiratoires ont pu induire une réponse plus significative en oxygénation dans un myocarde sain. Finalement, nous avons utilisé les manœuvres respiratoires parmi un groupe de patients atteint de maladies coronariennes. Leurs myocardes étant altérées par une sténose coronaire, en conséquence modifiant ainsi leur réponse en oxygénation. Par la suite nous avons évalué les effets des gaz artériels sanguins sur l'oxygénation du myocarde. Ils démontrent que la réponse coronarienne est atténuée au cours de l’hyperoxie, suite à un stimuli d’apnée. Ce phénomène provoque une réduction globale du débit sanguin coronaire et un déficit d'oxygénation dans le modèle animal ayant une sténose lorsqu’un supplément en oxygène est donné. En conclusion, ce travail a permis d'améliorer notre compréhension des nouvelles techniques diagnostiques en imagerie cardiovasculaire. Par ailleurs, nous avons démontré que la combinaison de manœuvres respiratoires et l’imagerie OS-RMC peut fournir une méthode non-invasive et rentable pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne régionale et globale. / This project encompasses five studies, which focus on developing a new cardiovascular diagnostic approach for assessing myocardial oxygenation and microvascular function. In combination with oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance (OS-CMR) imaging, breathing maneuvers and altered arterial blood gases can be used as a non-invasive method for inducing a vasoactive response to test the oxygenation reserve, a key measurement in vascular function. The number of prescribed cardiac diagnostic tests and interventions is rapidly growing. In particular, imaging and other non-invasive tests are frequently performed prior to invasive procedures. One of the most common uses of cardiac imaging is for the diagnosis of significant coronary artery stenosis, a critical cost factor in today’s health care system. Non-invasive imaging techniques provide the most reliable information for the presence and location of perfusion or oxygenation deficits in patients with symptoms suggestive of myocardial ischemia, yet many current techniques suffer from the need for radiation, contrast agents or tracers, and pharmacological or physical stress protocols. CMR imaging can identify significant coronary artery stenosis without radiation and new trends in CMR research aim to develop diagnostic techniques that do not require any pharmacological stressors or contrast agents. For this project, the primary aim was to develop and test a new diagnostic technique to assess coronary vascular function using OS-CMR in combination with breathing maneuvers as the vasoactive stimulus. Secondary aims then used OS-CMR to assess myocardial oxygenation and the coronary response in the presence of altered arterial blood gases. An animal model was used to validate the vascular response to breathing maneuvers before translating the technique to human subjects into both healthy volunteers, and a patient population with cardiac disease. In the animal models, breathing maneuvers could induce a significant change in invasively measured coronary blood flow and it was demonstrated that in the presence of a haemodynamically significant coronary stenosis, OS-CMR could detect a myocardial oxygen deficit. This technique was then applied in a human model, with healthy participants. In a direct comparison to the infusion of the coronary vasodilator adenosine, which is considered a standard agent for inducing vasodilation in cardiac imaging, breathing maneuvers induced a stronger response in oxygenation of healthy myocardium. The final study then implemented the breathing maneuvers in a patient population with coronary artery disease; in which myocardium compromised by a coronary stenosis had a compromised oxygenation response. Furthermore, the observed effects of arterial blood gases on myocardial oxygenation were assessed. This demonstrated that the coronary response to breath-hold stimuli is attenuated during hyperoxia, and this causes an overall reduction in coronary blood flow, and consequently an oxygenation deficit in a coronary stenosis animal model when supplemental oxygen is provided. In conclusion, this work has improved our understanding of potential new diagnostic techniques for cardiovascular imaging. In particular, it demonstrated that combining breathing maneuvers with oxygenation-sensitive CMR can provide a non-invasive and cost-effective method for assessing global and regional coronary vascular function.

Il est prouvé que la conservation des greffons rénaux marginaux en machine de perfusion (MP) est bénéfique. Cependant, cette méthode nécessite des améliorations afin de minimiser les lésions d’ischémie-reperfusion (I/R), par l’ajout d’oxygène et/ou d’un transporteur d’oxygène. Nous avons cherché à évaluer les effets de l’oxygénation et de l’ajout d’une hémoglobine de ver marin (HbAm, M101) durant la perfusion rénale hypothermique avant transplantation. Nos critères de jugement étaient basés sur la reprise de fonction du greffon et sur les lésions tardives de dysfonction rénale. Nous avons utilisé un modèle porcin : les reins ont été exposés à 1h d’ischémie chaude, puis perfusés dans une MP WAVES® pendant 23h à 4°C avant autotransplantation. Quatre groupes ont étudié : W (MP-21% O2), W-O2 (MP-100% O2), W-M101 (MP-21% O2 + 2g/L HbAm), W-O2+M101 (100% O2 + 2g/L HbAm), (n=6 per groupe). Les reins du groupe W-M101 ont montré un débit de perfusion plus élevé et une résistance rénale plus faible comparé aux autres groupes. Pendant la première semaine post-transplantation, les groupes W-O2 et W-M101 ont montré une créatininémie significativement plus faible et un meilleur taux de filtration glomérulaire (GFR). Les niveaux circulants de KIM-1 et IL-18 étaient plus faibles dans le groupe W-M101, tandis que les niveaux de NGAL et d’ASAT étaient plus faibles dans les groupes d’oxygénation active. Trois mois post-transplantation, la fraction excrétée de sodium et le ratio protéinurie/créatininurie étaient plus élevé dans le groupe W. La créatininémie était plus faible dans le groupe W-M101. La fibrose interstitielle a évalué à 3 mois post-transplantation étaient plus faible dans les groupes W-M101 et W-O2+M101. Nous avons révélé histologiquement que l’infiltration de mastocytes était significativement élevée dans le groupe W comparé aux autres groupes. Nous avons montré que la combinaison de 21% O2 + hémoglobine améliorent la reprise de fonction du greffon rénale. / Introduction: It is proved that preservation of marginal kidney graft in machine perfusion (MP) is beneficial. However, this method requires improvement to minimize the ischemia-reperfusion injuries (IRI), as addition of oxygen and/or an oxygen carrier. We aimed to evaluate the effects of oxygenation (100% or 21%) and the addition of marine worm hemoglobin (HbAm, M101) during hypothermic renal perfusion before transplantation. Our endpoints were based on graft function recovery and late renal dysfunction. Method and materials: We use a porcine model where kidneys were submitted to 1h warm ischemia, followed by WAVES® MP preservation for 23h before auto-transplantation. Four groups were studied: W (MP-21% O2), W-O2 (MP-100% O2), W-M101 (MP-21% O2 + 2g/L HbAm), W-O2+M101 (100% O2 + 2g/L HbAm), (n=6 per group). Results: Kidneys preserved in W-M101 group showed a higher perfusion flow and lower renal resistance, compared to other groups. During the first week post-transplantation, W-O2 or W-M101 groups showed lower blood creatinine and better glomerular filtration rate. Blood levels of KIM-1 and IL-18 were lower in W-M101 group, while blood levels of AST and NGAL were lower in groups with 100% O2. Three months after transplantation, the fractional excretion of sodium and the proteinuria/ creatininuria ratio were higher in W group. Blood creatinine was lower in W-M101 group. Interstitial fibrosis evaluated at 3 months was lower in groups W-M101 and W-O2+M101. We showed that the combination 21% O2 + hemoglobin improves the kidney graft outcome.Conclusion: We showed that the combination of 21% O2 + hemoglobin improved the kidney graft outcome.

Made available in DSpace on 2016-01-26T12:51:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 josefranciscogandolfi_tese.pdf: 946147 bytes, checksum: 007d161afcdde952537f95c14f87bb0c (MD5) Previous issue date: 2006-03-06 / Introduction: Extracorporeal pulmonary assistance has been proposed as an invasive alternative to the conventional treatment when adequate oxygenation becomes impossible by mechanical ventilation. Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) attained using assisted circulation may cause hemolysis, coagulation disorders, an inflammatory response and complications inherent to a high-risk high-cost procedure. The objective of this work was to evaluate the efficacy, both in vitro and ex vivo, of a low-resistance oxygenator in ECMO without assisted circulation. Material and Method: Initially, different prototypes of the low-resistance membrane oxygenator were developed to test the influence of the of inlet and outlet conditions of the blood, the area, the quantity and placement of the fibers in the oxygenation process and the removal of carbon dioxide gas (CO2). In the in vitro tests when bovine blood was utilized, the mean flow, volume of blood needed to fill the oxygenator and for priming, oxygen saturation, carbon dioxide gas exchange and the pressure gradient were measured. For the ex vivo experiments, five Santa Inês sheep, weighing between 5 and 33 kg, were used. In each animal, variations in respect to the oxygen saturation, the PO2 and the PCO2 were studied in the systemic blood at the outlet of the oxygenator and of the venous blood using oxygen flow rates of 0.5L/min, 1.0 L/min and 1.5 L/min. Results: The oxygenator had an excellent mechanical performance, which was seen by the PO2, PCO2 and oxygen saturation of the blood at the outlet of the oxygenator. From the clinical point of view, the improvement in the PO2 and oxygen saturation and the reduction in PCO2 of the systemic arterial blood (femoral artery of the sheep), were evident in the five sheep. A tendency of better results was seen when the weight was less than 10kg. Translating these relationships in terms of blood flow and total volume, the best results appeared when the blood flow in the oxygenator/volume proportion was 20% or greater, establishing this cutoff point as the ideal flow necessary for the best performance of the oxygenator. Conclusion: The in vitro and ex vivo performance tests achieved with the low-resistance membrane oxygenator used in arteriovenous extracorporeal circulation without the assistance of a propulsion pump, proved that this device is capable of providing oxygen and removing carbon dioxide from the blood in sufficient quantities to maintain the tested parameters at acceptable limits when ventilation is prejudiced. / Introdução: A assistência pulmonar extracorpórea tem sido proposta como uma alternativa invasiva ao tratamento convencional, quando a oxigenação adequada torna-se impossível pelo uso de ventilação mecânica. A oxigenação extracorpórea por membrana (ECMO) realizada com auxílio circulatório pode produzir hemólise, distúrbios da coagulação, resposta inflamatória e complicações inerentes a um procedimento de alto risco e elevado custo. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficácia in vitro e ex vivo de um oxigenador de baixa resistência em ECMO sem auxílio circulatório. Material e Método: Inicialmente foram desenvolvidos diferentes protótipos do oxigenador de membrana de baixa resistência para testar a influência das condições de entrada e saída do sangue, área, quantidade e disposição das fibras no processo de oxigenação e remoção de gás carbônico (CO2). Nos testes in vitro, utilizando-se sangue bovino, foram avaliados fluxo médio, volume de sangue necessário para preencher o oxigenador ou priming, saturação de oxigênio e transferência de gás carbônico e o gradiente de pressão. Nos experimentos ex vivo foram utilizados cinco carneiros da raça Santa Inês, pesando entre 5 a 33 Kg. Em cada animal foram estudadas as variações com relação à saturação de O2, PO2 e PCO2, no sangue sistêmico, na saída do oxigenador e no sangue venoso com fluxos de oxigênio no oxigenador 0,5 L/min, 1,0 e 1,5 L/min. Resultados: O oxigenador demonstrou excelente desempenho mecânico, o que pode ser verificado pelos valores de PO2, PCO2 e SatO2 do sangue na saída do oxigenador. Do ponto de vista clínico, a melhora de PO2 e SO2 e a redução de PCO2 no sangue arterial sistêmico (artéria femoral do carneiro) foram evidentes nos cinco experimentos. Foi possível observar uma tendência para melhores resultados com pesos inferiores a 10,0 kg. Traduzindo-se essas relações em termos de fluxo sanguíneo e volemia total, os melhores resultados apareceram com proporção fluxo sangüíneo no oxigenador/volemia, de 20% ou maior, podendo-se estabelecer esse limite de corte, como fluxo ideal necessário para bom desempenho do oxigenador. Conclusão: Os testes de performance in vitro e desempenho ex vivo, realizados com o oxigenador de membrana de baixa resistência ao fluxo, para uso em circulação extracopórea arteriovenosa, sem o auxílio de bomba propulsora, mostraram resultados suficientes para concluir que tais dispositivos são capazes de fornecer Oxigênio e retirar gás Carbônico do sangue em quantidades suficientes para manter tais parâmetros em níveis aceitáveis, quando a ventilação está prejudicada.