Изучением физиологии кровообращения Павлов занимался примерно первые 15 лет сначала в лаборатории профессора Циона, затем в лаборатории профессора Установила, но в основном в период работы в экспериментальной лаборатории при клинике С. 11. Боткина. Научный интерес Павлова в этих исследованиях был прикован к проблеме нервной регуляции кровообращения в организме, главным образом к двум ее важным вопросам: к рефлекторной регуляции и саморегуляции деятельности системы кровообращения и к характеру действия центробежных нервов на сердце.
Уже в самых первых работах Павлова по кровообращению четко выявляются его самобытный талант и очертания будущего научного метода. В отличие от общепринятых в то время порочных вивисекционных опытов для изучения рефлекторной регуляции кровообращения Павлов для той же цели разработал и применил совершенно новый прием физиологического эксперимента, давший возможность избежать искажающего влияния наркоза и травмирующего влияния грубых манипуляций острого опыта на организм животного, на рефлекторную деятельность нервной системы, в частности — на нервную регуляцию деятельности органов кровообращения.
Упорной тренировкой он приучал подопытных собак лежать на экспериментальном столе и без наркоза спокойно переносить все манипуляции, связанные со сложным и длительным опытом: небольшой операционный разрез кожи и подкожных тканей, обнажение одной из мелких периферических артерий, соединение ее с приборами для регистрации кровяного давления и т. п. «Благодаря этому обстоятельству,— писал Павлов,— были получены кривые кровяного давления, которые по своей равномерности могут считаться образцовыми» [10 И. П. Павлов. Полн. собр. трудов, т. I, стр. 36.]. Существенно и то, что на каждой из таким образом подготовленных собак в течение месяца ставилось (через определенные интервалы) по нескольку опытов, зачастую разных по характеру. В этих замечательных по существу хронических экспериментах Павлов исследовал влияние сухой пищи, питания другими продуктами и обильного питья на уровень давления крови в артериях и выявил ряд новых важных закономерностей рефлекторной саморегуляции деятельности сердца и сосудов. В частности, он установил, что в условиях подобных экспериментов кровяное давление сохраняет удивительное постоянство в течение длительного времени — колебания в этом давлении не превышают 3 мм ртутного столба. Более того, эти колебания оказались незначительными даже под влиянием таких факторов, которые, согласно господствовавшим в физиологии того времени представлениям, должны были вызвать значительные изменения в уровне кровяного давления. Было установлено, например, что прием сухой пищи (мяса или хлеба), который обычно влечет за собой расширение кровеносных сосудов пищеварительного тракта и значительный переход жидкости из крови в полость этого тракта в виде различных пищеварительных соков, существенно не влияет на уровень артериального давления; 20—30 минут спустя после приема пищи кровяное давление падает незначительно (не более, чем на 10 мм ртутного столба) и спустя некоторое время вновь возвращается к исходному уровню. Точно так же существенно не меняется кровяное давление и после обильного питья жидкости (мясного бульона), превышающей объем крови животного примерно в два раза.
В большой серии других экспериментов Павлов установил, что целостность блуждающих нервов, иннервирующих обширный круг органов грудной клетки и брюшной полости, является весьма существенным условием сохранения такого постоянства кровяного давления; перерезка названных нервов влечет за собой глубокое нарушение этой приспособительной деятельности сердечно-сосудистой системы, и только сохранность симпатических нервов предотвращает при этом полное ее расстройство.