Durante el renacimiento no se produjo un cambio abrupto en el pensamiento médico, pero se acentuó la crítica hacia Galeno y los arabistas y hubo un resurgimiento de las doctrinas de Hipócrates. Los artistas del renacimiento volvieron al estudio de la anatomía humana, los músculos en especial, para retratar mejor el cuerpo humano. Leonardo da Vinci realizó destacados y precisos dibujos anatómicos basados en la disección del cuerpo humano. Por desgracia su trabajo, en su mayor parte ignorado durante siglos, ejerció poco efecto en su época.
La publicación en 1543 del tratado de anatomía Humani corporis fabrica libri septem, obra del anatomista belga Andrés Vesalio, fue un hito en la historia médica. Demostró de manera evidente centenares de errores de la anatomía de Galeno junto a su contemporáneo Gabriel Falopio, quien descubrió las trompas uterinas que desde entonces llevan su nombre, y el tímpano; además diagnosticó enfermedades del oído, de los conductos lagrimales y de las trompas de Falopio. El médico español Miguel Servet contradijo también a Galeno, y fue el primero en describir de forma correcta el sistema circulatorio pulmonar y en explicar la digestión como fuente de energía corporal. Durante su tormentosa carrera, el médico y alquimista suizo Paracelso, fundador de la farmacoterapia, rompió con los tratados clásicos sobre medicina, descubriendo nuevos remedios químicos y defendiendo que las enfermedades se debían a agentes externos al cuerpo. Ambroise Paré, cirujano francés, facilitó la amputación quirúrgica gracias al uso del fórceps y al empleo de la ligadura, en lugar de la cauterización, para frenar la hemorragia. El médico y poeta italiano Girolamo Fracastoro, también llamado el padre de la epidemiología científica, demostró el carácter específico de las fiebres y descubrió el tifus; el término sífilis, otorgado a la virulenta enfermedad que devastaba Europa, procede de su famoso poema Syphilis sive morbus gallicus (La sífilis o mal de los galos, 1530). A él se le atribuye la teoría de que las enfermedades infecciosas se transmiten por contagio de gérmenes invisibles capaces de autorreproducirse, y es el precursor de las teorías bacteriológicas modernas.
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