En general, en el cuerpo, el flujo sanguíneo es laminar. Sin embargo, en condiciones de alto flujo, especialmente en la aorta ascendente, el flujo laminar puede interrumpirse y convertirse en turbulento. Cuando esto ocurre, la sangre no fluye de forma lineal y suave en las capas adyacentes, sino que el flujo puede describirse como caótico. El flujo turbulento también se produce en las grandes arterias en los puntos de ramificación, en las arterias enfermas y estrechas (estenóticas o parcialmente obstruidas) (véase la figura siguiente) y a través de las válvulas cardíacas estenóticas.
La turbulencia aumenta la energía necesaria para impulsar el flujo sanguíneo porque la turbulencia incrementa la pérdida de energía en forma de fricción, lo que genera calor. Al trazar una relación presión-flujo (véase la figura de la derecha), la turbulencia aumenta la presión de perfusión necesaria para impulsar un flujo determinado. Alternativamente, a una presión de perfusión dada, la turbulencia conduce a una disminución del flujo.
La turbulencia no comienza a producirse hasta que la velocidad del flujo es lo suficientemente alta como para que las láminas de flujo se rompan. Por lo tanto, a medida que la velocidad del flujo sanguíneo aumenta en un vaso sanguíneo o a través de una válvula cardíaca, no se produce un aumento gradual de la turbulencia. En cambio, la turbulencia se produce cuando se supera un número de Reynolds (Re) crítico. El número de Reynolds es una forma de predecir, en condiciones ideales, cuándo se producirá la turbulencia. La ecuación del número de Reynolds es:
Donde V = velocidad media, D = diámetro del vaso, ρ = densidad de la sangre, y η = viscosidad de la sangre
Como puede verse en esta ecuación, Re aumenta a medida que aumenta la velocidad, y disminuye cuando aumenta la viscosidad. Por lo tanto, es más probable que las velocidades altas y la baja viscosidad de la sangre (como ocurre con la anemia debido a la reducción del hematocrito) causen turbulencia. Un aumento del diámetro sin un cambio en la velocidad también aumenta la Re y la probabilidad de turbulencia; sin embargo, la velocidad en los vasos disminuye normalmente de forma desproporcionada a medida que aumenta el diámetro. Esto se debe a que el flujo (F) es igual al producto de la velocidad media (V) por el área de la sección transversal (A), y el área es proporcional al radio al cuadrado; por lo tanto, la velocidad a flujo constante está relacionada inversamente con el radio (o diámetro) al cuadrado. Por ejemplo, si se duplica el radio (o el diámetro), la velocidad disminuye a un cuarto de su valor normal, y la Re disminuye a la mitad.
En condiciones ideales (por ejemplo, vasos sanguíneos largos, rectos y lisos), la Re crítica es relativamente alta. Sin embargo, en los vasos ramificados, o en los vasos con placas ateroscleróticas que sobresalen en el lumen, la Re crítica es mucho menor, de modo que puede haber turbulencia incluso a velocidades de flujo fisiológicas normales.
La turbulencia genera ondas sonoras (por ejemplo, soplos de eyección, soplos carotídeos) que pueden escucharse con un estetoscopio. Dado que las velocidades más altas aumentan la turbulencia, los soplos se intensifican a medida que aumenta el flujo. Los flujos cardíacos elevados, incluso a través de válvulas aórticas anatómicamente normales, pueden causar soplos fisiológicos debido a la turbulencia. Esto ocurre a veces en mujeres embarazadas que tienen un gasto cardíaco elevado y que también pueden tener anemia, lo que disminuye la viscosidad de la sangre. Ambos factores aumentan el número de Reynolds, lo que aumenta la probabilidad de que se produzcan turbulencias.