Suốt 14 thế kỷ, Galen đã thống trị khoa sinh lý cũng như giải phẫu ở châu Âu. Giải thích đầy thuyết phục của ông về quy trình sự sống bắt đầu bằng ba cái “hồn”, hay “khí” (pneuma) mà Plato cho là chỉ huy thân xác.

Những luồng khí bên trong chúng ta.

Suốt 14 thế kỷ Galen đã thống trị khoa sinh lý cũng như giải phẫu ở châu Âu. Giải thích đầy thuyết phục của ông về qui trình sự sống bắt đầu bằng ba cái “hồn”, hay “khí” (pneuma) mà Plato cho là chỉ huy thân xác. Lý hồn trong não chỉ huy cảm giác và cử động; nộ hồn trong tim kiểm soát các đam mê và dục hồn trong gan tạo sự dinh dưỡng. Sau khi được hít vào, không khí được biến đổi thành pneuma bởi phổi và qui trình sự sống biến đổi một loại pneuma này sang một loại pneuma khác. Có thể gọi sinh lý học Galen là một khoa khí học (pneuma-tology).

Ở tâm điểm hệ thống của Galen là một lý thuyết đặc biệt là quả tim người. Vì theo Hippocrate và Aristote, nội nhiệt thấm nhập toàn thân thể và phân biệt người sống với người chết, có nguồn của nó là quả tim. Quả tim được khí nuôi dưỡng nên tất nhiên tim là cơ quan nóng nhất, giống như một hỏa lò có thể bị tự thiêu hủy nếu không có khí mát của phổi. Vì thế nhiệt đi với đời sống là bẩm sinh là dấu ấn của hồn.

Vì tim rõ ràng là trung tâm khoa sinh lý học Galen, nên trước khi các bác sĩ có thể loại bỏ các “hồn” và khí, thì phải có ai đó cung cấp một lối cắt nghĩa khác thuyết phục hơn về hoạt động của tim. Việc này sẽ được thực hiện bởi William Harvey (1578-1657). Sinh ra tại Folkestone, nước Anh, trong một gia đình khá giả, ông sẽ có đủ mọi thuận lợi để đạt được những gì mà một bác sĩ tương lai mong ước. Sau khi học ở King School ở Canterbury, ông tiếp tục đi học ở đại học Gonville và Caius ở Cambridge.

Đại học này đã trở thành một trung tâm đào tạo y khoa độc đáo vì nó thành lập bởi John Caius (1510-1573), một con người năng nổ đã từng đề xướng việc chuyên môn hóa y khoa trong thế hệ trước. Khi Harvey lúc đó 15 tuổi đến trường Gonville và Caius năm 1593, ông đã được một học bổng về y khoa trong sáu năm. Đến năm 1599, ông đến Padua, tại đây ông được thầy yêu bạn quí và trở thành đại diện của “Nước Anh” trong hội đồng nhà trường. Các bài giảng đều bằng tiếng La tinh, là ngôn ngữ Harvey có thể đọc và viết. Đời sống sinh viên tại đất rất sôi động nhưng không kích thích công việc tri thức. Harvey thường mang vũ khí bên mình và sẵn sàng rút kiếm ra mỗi khi có cơ hội. Nhưng may mắn cho ông, một giáo sư tinh tường đã vạch đường cho ông đi vào đời sống y khoa.

Vị giáo sư nổi tiếng Fabricius ab Aquapendente (1533-1619), người từng điều trị cho Galileo, là một nhà nghiên cứu say mê, những vẫn còn là một đồ đệ của Galen. Giảng đường giải phẫu mà Fabricius xây dựng năm 1595 đã tạo điều kiện cho việc giảng dạy giải phẫu được thực hiện lần đầu tiên trong nhà. Năm cấp thang bằng gỗ chạy vòng lên tới sáu hành lang bên trên một vòng hẹp. Từ tất cả những hành lang này, các sinh viên có thể đứng tựa vào những lan can để nhìn xuống một chiếc bàn để ở giữa trong bóng tối, ở đó các sinh viên đốt những đèn chùm để chiếu sáng thi hài khi được mổ. Giảng đường này cho phép ba trăm sinh viên có thể theo dõi cuộc giải phẫu cùng một lúc và rất rõ. Tình trạng hiếm thi hành và ít có các buổi giải phẫu đã khiến cho cách làm này trở thành một bước tiến bộ có ý nghĩa trong việc đào tạo y khoa. Chính tại đây Harvey được chứng kiến những cuộc giải phẫu ngoạn mục của Fabricius.

Khoảng năm 1574, khá lâu trước khi Harvey đến Padua, trong khi giải phẫu Fabricius đã nhận thấy rằng những tĩnh mạch của các chi người chứa những van cực nhỏ cho phép máu chỉ lưu thông một chiều. Ông nhận thấy những van đó không có trong những tĩnh mạch lớn của thân là những tĩnh mạch đưa máu lên thẳng tới các cơ quan sự sống. Fabricius đã thích nghi các sự kiện mới này vào các lý thuyết cũ của Galen về chuyển động ly tâm của máu ra ngoài để nuôi các cơ quan:

Lý thuyết của tôi là Thiên nhiên đã tạo ra chúng (các van) để làm chậm phần nào lưu lượng của máu và để ngăn trở cả khối lượng không tràn xuống chân, hay tay và các ngón tay và đọng lại ở đó. Như thế tranh được hai điều xấu này là sự thiếu dinh dưỡng ở các phần trên của các chi và sự sưng phù của bàn tay và bàn chân. Vì thế, các van được tạo để bảo đảm có sự phân phối đồng đều máu cho việc nuôi dưỡng các phần thân thể khác nhau.

Việc nhớ lại những van kỳ diệu này mà Fabricius đã giảng cho Harvey tại Padua đã thực sự kích động tâm trí Harvey.

Galen đã cho rằng qui trình sự sống lan tỏa trong các cơ quan khác nhau, mỗi cơ quan thỏa mãn một nhu cầu đặc biệt của cơ thể. Trong hệ thống Galen, máu không có chức năng thống nhất, vì chức năng này là ở sự hợp tác giữa các hồn hay khí khác nhau. Máu được tạo ra trong gan chỉ là một đường dẫn đặc biệt để chuyển chất dinh dưỡng tới các cơ quan nào đó. Harvey thì đi tìm một hiện tượng thống nhất sự sống. Ông đã mô tả sự thành công trong cuộc tìm kiếm này trong tác phẩm của ông nhan đề De Motu Cordis et Sanguinis Animalibus (Về chuyển động của tim và máu trong các động vật).

Khi đọc cuốn sách nhỏ này của Harvey hôm nay, chúng ta vẫn còn bị ấn tượng bởi tính thống nhất chặt chẽ của nó. Từng bước một ông dẫn chúng ta tới kết luận rằng tim đẩy máu đi, rằng chuyển động của máu thì tuần hoàn khắp cơ thể. Trước hết ông trình bày những sự kiện đã biết về các động mạch, tĩnh mạch và tim, cấu trúc và hoạt động của chúng. Trong tất cả các bước trình bày, các quan sát của ông đều “được đo lường bằng việc mổ xẻ các động vật còn sống”.

Những nghiên cứu của Harvey đã dẫn ông tới kết luận rằng quả tim không phải một lò lửa mà là một cái máy bơm và máu được lưu thông để đi nuôi các cơ quan. Nhưng ông vẫn còn cần những sự kiện khác để chứng minh tính tuần hoàn của dòng máu. Harvey phải bước một bước quan trọng từ sự kiện đơn giản là sự lưu thông của máu để đi tới chỗ chứng minh tính tuần hoàn của sự lưu thông này, là khái niệm nền tảng cho khoa sinh lý học hiện đại. Lý luận làm cho bước này thành hiện thực có một tầm quan trọng quyết định. Nó mở đường đi từ chất lượng sang số lượng – từ thế giới cũ của các “dịch chất” và các hồn sống tới thế giới mới của nhiệt kế và máy đo huyết áp, điện tâm đồ và những máy đo khác.

Harvey đã nêu lên một câu hỏi mới có tính định lượng “Có bao nhiêu máu đi từ các tĩnh mạch sang các động mạch?” và ông quyết định tìm cho câu hỏi này một câu trả lời định lượng. “Tôi cũng suy đến sự đối xứng và kích thước của các tâm thất và của những mạch máu đi vào và ra những tâm thất ấy (vì Thiên nhiên không làm gì mà không có mục đích, nên không thể vô lý làm ra những mạch máu có kích thước quá lớn như thế)”. Nếu việc đổ đầy các mạch máu liên tục được cung cấp chỉ do những chất dinh dưỡng chúng ta hấp thu qua thức ăn, thì kết quả sẽ là các động mạch rất mau bị trống rỗng và cũng bị nổ tung vì lượng máu quá tải đổ vào đó.

Phải trả lời thế nào? Trong hệ thống cơ thể không có câu trả lời, “trừ khi là máu một cách nào đó đổ trở lại từ các động mạch vào trong tĩnh mạch và trở về lại tâm thất phải của tim. Hậu quả là tôi bắt đầu tin chắc rằng, nếu nó có một chuyển động, thì chuyển động ấy là tuần hoàn”.

Harvey liên tục lặp đi lặp lại rằng những gì ông mô tả chỉ thuần là sự kiện do ông quan sát được, chứ không phải là một sự áp dụng hay thêu dệt của một triết lý. “Tôi không tuyên bố mình học và dạy Giải phẫu học từ những định lý của các triết gia,” ông giải thích trong bài nhập đề của De Motu, “nhưng từ những cuộc mổ xẻ và từ Cấu Trúc của Thiên Nhiên”. Và vào cuối đời ông còn nhắc lại, “Tôi muốn nói theo Fabricius, “Hãy để mọi suy luận nín thinh khi kinh nghiệm đưa ra kết luận ngược lại”.

Nhưng vẫn còn một lỗ hổng trong lý thuyết tuần hoàn mà ông không thể lấp đầy. Lượng máu lớn luôn luôn được đẩy nhanh từ tim vào động mạch, rồi tới tĩnh mạch và rồi trở về lại tim. Nhưng toàn bộ hệ thống sẽ không hoạt động nếu máu không liên tục được tải từ động mạch vào tĩnh mạch.

Cuối cùng thì Harvey cũng không có câu trả lời để cắt nghĩa điều này xảy ra như thế nào. Nhưng niềm tin của ông vào tính tuần hoàn của máu giúp ông chắc chắn rằng cái mắt xích quyết định phải nằm ở đây. Ông không bao giờ tìm ra những đường nối (các bác sĩ về sau sẽ gọi là các anastomose), nhưng ông diễn tả niềm tin vững chắc của ông rằng sự nối kết thực sự được thực hiện bởi một số những “thủ thuật kỳ diệu” nào đó chưa được khám phá ra. Tuy Harvey thỉnh thoảng sử dụng một chiếc kính lúp, ông không có kính hiển vi, là dụng cụ cần để khám phá ra những mao mạch. Rốt cuộc, ông phải dựa lý thuyết của ông trên niềm tin rằng Thiên nhiên không sai lầm trong việc thực hiện sự tuần hoàn.