Изучением физиологии сердечно-сосудистой системы Павлов занимался в течение первого этапа свое деятельности на протяжении 15 лет (1874-1889). Его исследования в этот период были посвящены двум проблемам:
1. Регуляции ширины сосудистого русла, обусловливающей приспособление к разным количествам циркулирующей крови и относительное постоянство кровяного давления.
2. Нервной регуляции работы сердца, в частности, функциональной роли центробежных нервов сердца.
Эксперименты Павлова, посвященные регуляции артериального кровяного давления, преследовали цель выяснить характер и механизм реакции сосудистой системы в целом при изменении условий, в которых находится организм. Павлов учитывал возможность практического использования экспериментальных данных в медицине.
Руководящей идеей всех работ Павлова в этой области было признание того, что существуют нервные механизмы, обуславливающие приспособление кровеносных сосудов к различным количествам циркулирующей в них крови.
Обычно кровяное давление в экспериментах определялось в так называемых острых опытах, т.е. в условиях наркоза или отравления животного кураре - ядом, парализующим двигательный аппарат. Регистрируемые таким путем кривые кровяного давления и их изменения, в зависимости от различных воздействий, не всегда и не вполне точно отражают то, что происходит в нормальных физиологических условиях. Кроме того, применяемая обычно методика не дает возможности изучить влияние таких факторов, как прием пищи или питья животным, эмоциональное его возбуждение и т.д. Павлов разработал новую методику. Он приучает собаку к эксперименту, дрессирует ее так, что она спокойно без наркоза позволяет привязать ее к операционному столу и отпрепаровать у нее тонкую артериальную веточку на лапе, в которую вводится стеклянная канюля, соединенная с ртутным манометром для измерения давления крови.
Пользуясь этой методикой, Павлов имел возможность регистрировать кровяное давление у животного, находящегося в нормальном состоянии.
Полученные с помощью методики кривые колебаний кровяного давления отличались равномерностью. Павлов показал, что в нормальных физиологических условиях кровяное давление долгое время сохраняется на относительно постоянном уровне. Обычно колебания давления в артериях в течение длинных промежутков времени не превышали 3 мм ртутного столба, достигая лишь в редких случаях 10 мм.
Павлов установил, что имеются взаимопротивоположные отношения между сосудами внутренностей и сосудами периферических органов. При расширении сосудов внутренностей суживаются сосуды кожи и, наоборот, при расширении кожных сосудов суживаются сосуды внутренних органов. Таким образом, происходит перераспределение крови в сосудистой системе и достигается постоянство кровяного давления.
Перераспределение крови в сосудистой системе и реакции кровеносных сосудов на изменение количества циркулирующей в организме крови обусловлены, по мнению Павлова, рефлекторным влиянием.
Павлов доказал существование в стволе блуждающего нерва прессорных волокон, рефлекторно вызывающих повышение кровяного давления.
Павлов доказал, что изменение уровня кровяного давления при кровопускании, с одной стороны, и при вливании крови в сосуды, с другой стороны, значительно меньше при целости блуждающих нервов, чем после их перерезки. Влияние блуждающих нервов на уровень кровяного давления осуществляется рефлекторным путем.
Павлов установил принцип саморегуляции сердечно-сосудистой системы. Этот принцип заключается в том, что повышение или понижение кровяного давления, возбуждая чувствительные к изменениям давления крови нервные окончания, рефлекторно вызывает изменение просвета сосудов – сосудорасширение или сосудосужение, что и приводит к выравниванию повысившегося или понизившегося давления.
Серия экспериментальных исследований была посвящена иннервации сердца. Задача большого числа экспериментов состояла в том, чтобы установить, влияют ли на силу и ритм сердечных сокращений одни и те же ли разные нервные волокна. Для этого производились опыты на собаках и кошках с записью кровяного давления и раздражением подходящих к сердцу периферических концов перерезанных нервных веточек. При этом оказалось, что раздражение блуждающего нерва, который до того считался замедляющим сердечную деятельность, может вызвать понижения уровня кровяного давления при неизменном ритме сердечных сокращений.
После того как было установлено наличие в стволе блуждающих нервов особых нервных волокон, вызывающих ослабление сердечных сокращений, у Павлова возникло предположение, что существуют антагонисты этим волокнам, т.е. нервы, усиливающие работу сердца. Павловым действительно были найдены нервные веточки, действующие антогонистичесrим образом.
Открытый Павловым усиливающий нерв сердца представляет собой особую веточку, относящуюся к симпатической нервной системе. Раздражение ее вызывало укорочение периода сокращений - систолы желудочков сердца и увеличение в 3-4 раза и более количества выбрасываемой из них крови. Благодаря этому их раздражение устраняет нарушение проведения возбуждения от предсердий к желудочкам, так называемую блокаду сердца.
На основании большого экспериментального материала Павлов доказал, что существуют четыре вида различных нервных влияний на работу сердца, которые могут быть вызваны при раздражении различных нервных веточек: замедление, ускорение, ослабление и усиление сердечной деятельности.
Нервные волокна, оказывающие влияние на частоту сердечных сокращений, это - ритмические волокна, а те, которые действуют на силу сердечных сокращений, это - динамические волокна.
Согласно представлениям Павлова, усиливающие и ослабляющие нервы сердца - это особые нервы, специфически влияющие на сердечную мускулатуру путем изменения ее возбудимости и физиологического состояния. Под влияние этого нерва повышается возбудимость и проводимость миокарда. Механизм действия усиливающих нервов сердца заключается в том, что они улучшают обмен веществ и питание сердечной мышцы и тем самым вызывают подъем жизненных свойств и работоспособности сердца. Такого рода нервы получили название трофических, влияющих на тканевую трофику. Т.е. на состояние питания органа.
При работе с сердечно-легочным препаратом Павлов отметил понижение или даже отсутствие свертываемости крови, протекающей только через сердце и легкие и не поступающей в сосуды большого круга кровообращения. Павлов пришел к выводу, что в легких вырабатывается какое-то вещество, препятствующее свертыванию крови. Это вещество лишь много позднее было получено Хоуэлом из печени и названо гепарином, а затем было доказано, что он образуется в легких.