При повышении энергозатрат в ткани работающего органа накапливаются метаболиты (CO2, H+, аденозин и др.) и снижается содержание O2. Эти метаболические изменения служат мощным сосудорасширяющим фактором (метаболическая вазодилатация). Регуляция местной гемодинамики в данном случае осуществляется по механизму отрицательной обратной связи: накопление метаболитов и дефицит O2 приводит к повышению кровотока, и в результате с кровью удаляется избыток метаболитов и поступает необходимое количество O2. Таков механизм рабочей гиперемиив мышцах. Метаболическая вазодилатация (особенно действие CO2 и H+) играет также основную роль в повышении мозгового кровотока при усиленной активности мозга.
Помимо рабочей гиперемии, существует и опережающая гиперемия — повышение кровотока в скелетных мышцах до начала активной работы (например, у спортсмена перед стартом). Очевидно, что она не может быть обусловлена метаболическими факторами; ее механизм — условнорефлекторный, следовательно нервный.
Конкретные механизмы опережающей гиперемии спорны. У животных описаны симпатические холинергические волокна,иннервирующие сосуды скелетных мышц и вызывающие их расширение, однако роль этих волокон в опережающей гиперемии у человека не доказана.