Любой функционирующей ткани необходимо в несколько раз больше кислорода и питательных веществ, чем той же ткани в состоянии покоя, и сердце вместе с кровеносными сосудами активно приспосабливается к тому, чтобы удовлетворять возникающие потребности. В периоды интенсивной мышечной работы сердце может перекачивать в 7—8 раз больше крови, чем обычно, увеличивая число сокращений в минуту и объем крови, выбрасываемой при каждом сокращении. Обычно сердце взрослого человека выбрасывает при каждом ударе около 75 мл крови, но эта величина может возрасти до 200 мл. В нормальных условиях объем перекачиваемой сердцем крови регулируется количеством крови, притекающей из вен в правое предсердие. Этот принцип, впервые установленный английским физиологом Э. Старлингом, называют законом Старлинга. Вообще же в регуляции работы сердца участвуют как факторы, действующие в самом сердце, так и внешние по отношению к нему факторы. Если сердечная мышца перед сокращением была растянута, то она сократится с большей силой, чем без предварительного растяжения. Когда в предсердие поступает мало крови, мышечные волокна не подвергаются значительному растяжению и сокращаются относительно слабо, но, когда крови поступает много и она сильно растягивает предсердие, его мышечные волокна развивают большую силу, выталкивая кровь в желудочек.
Работа сердца находится, кроме того, под нервным контролем: сосудодвигательный центр продолговатого мозга, получающий информацию от разнообразных рецепторов, посылает к сердцу импульсы, регулирующие частоту и силу его сокращений. Эти импульсы направляются к сердцу по двум группам нервов, одна из которых принадлежит симпатической, а другая — парасимпатической системе. Импульсы, приходящие по парасимпатическим нервным волокнам, ослабляют работу сердца, а приходящие по симпатическим волокнам — усиливают ее: они ускоряют ритм сердца, увеличивают силу каждого сокращения и повышают объем кровотока через коронарные (венечные) сосуды, снабжающие кровью сердечную мышцу. Обе группы нервных волокон оканчиваются в синусном узле и уменьшают или увеличивают частоту импульсов, которые этот узел посылает по волокнам Пуркинье.
При наполнении полой вены и правого предсердия кровью стенки их растягиваются, и это вызывает раздражение находящихся в них рецепторов (окончаний чувствительных нервов); последние посылают импульсы в сосудодвигательный центр, и сердце начинает сокращаться быстрее. Напротив, при растяжении стенок аорты и сонных артерий чувствительные нервы передают в сосудодвигательный центр импульсы, замедляющие работу сердца.
Действие этих регуляторов с обратной связью увеличивает частоту сердечных сокращений во время мышечной работы. При сокращении скелетных мышц увеличивается приток к сердцу венозной крови, и растяжение полой вены и правого предсердия возбуждает находящиеся в них рецепторы растяжения. Импульсы рецепторов поступают в сосудодвигательный центр в мозгу, который стимулирует сердце. Как только ритм сердечных сокращений ускоряется, количество крови в аорте и сонных артериях увеличивается и растяжение их стенок стимулирует местные рецепторы растяжения. Их возбуждение ведет к увеличению потока импульсов к синоартериальному узлу, в результате чего ритм сердечных сокращений замедляется. Эта сложная регуляторная система обеспечивает полное соответствие ритма сердечных сокращений метаболическим потребностям организма и в то же время предотвращает чрезмерную реакцию, так как ускоренный сердечный ритм стимулирует рецепторы растяжения в дуге аорты, что в свою очередь замедляет сердечный ритм.
Рецепторы каротидного клубочка реагируют на любое снижение концентрации кислорода в артериальной крови, и это ведет к учащению сердечного ритма. Другие рецепторы сигнализируют о повышенном содержании CO2 или о повышении температуры крови, и это тоже приводит к ускорению работы сердца.