Thermoregulation, 
Fever, 
   Hyperthermia, 
Hypothermia
         Dariusz Nowak 

 

 

Body temperature

Normal oral temperature 37°C (98.6 ºF)
Healthy individuals (18-40 yrs) – 36.8±0.4ºC (98.2±0.7°F)
Nadir at 6a.m. , zenith at 4 to 6 p.m.   ,Δ 0.5- 1ºC
Oral temperature max 37.2º C at 6 a.m. , max 37.7º C at 4 

p.m.

Fever definition ;   > 37.2 ºC                 ,    37.7 ºC

Rectal temperature – higher by 0.6 ºC
esophageal (lower part) temperature,
Temperature of freshly passed urine specimen    

 

 

Thermoregulation and 

body temperature

Fever – elevation of body temperature above the circadian 

range as the result of change of the thermoregulatory 

center (anterior hypothalamus)

Hyperthermia – increase in the body temperature above the 

hypothalamic set point due to insufficient heat 

dissipation

Hypothermia – core body temperature  < 35 °C

Mild  35 – 32 °C
Moderate 32-28 °C
Severe <28 °C

 

 

Body temperature

24 hr circadian temperature  rhythm
Healthy subjects – yes
Febrile diseases – yes
Hyperthermia – no

Menstruating women: a.m. temperature  ↑ by 

0.6°C with ovulation  

Factors affecting body temperature;
age, pregnancy, endocrine alterations, exercise

 

 

 

 

 

 

Thermoregulation

Signals integrated by the thermoregulatory center
- peripheral receptors of warmth and cold
- temperature of blood bathing the region of 

hypothalamus

Neutral environment 
Metabolic rate of human body produces more 

energy than is required to maintain the 
temperature 37° C

Consequence : hypothalamus controls 

temperature by mechanism of heat loss.

 

 

Body temperature

Heat generation   - muscles , liver
Heat lost  ; radiation  55%
                  evaporation 25% (airways 5%, skin 20%)
                   conduction 15%
                   convection 5%  

 

 

 

 

Fever

                 Pyrogens – substances that induce fever

Exogenous – mostly products or toxins from microorganisms 

, lipopolysaccharide (LPS) from gram-negative bacteria.

Endogenous – produced by host during systemic or local 

inflammatory response, e.g by stimulated monocytes or 
macrophages. 

LPS itself induces fever but also stimulates macrophages to 

release endogenous pyrogens ! 

 

 

 

exogenous

endogenous

Microorganisms and 
their products ,toxins, 
gram-negative, gram-

positive bacteria

Antigen-antibody 
complexes with 
complement

, 

LPS – 

lipopolysaccharide
1ng/kg

Complement cleavage 

products

Peptidoglycans

Bile acids, 

Lipoteichoic acid

Steroid hormone 
metabolities
Some cytokines: Il-1α, 
Il1β
TNFα, IFNα, Il-6

 

 

pyrogens

• IL-1α , Il-1β – most pyrogenic
• Intravenous administration (1 to 10 ng/kg)  

causes chills, fever -   39°C within 1 hr

• Other pyrogenic cytokines act at many-times 

higher doses 

 

 

Fever

Infectious agents, endotoxins, inflammation
                     ↓ 
Monocytes , macrophages, endothelial cells
                     ↓ 
Pyrogenic cytokines
                     ↓ 
Anterior hypothalamus 
                     ↓     ← antipyretics
Arachidonic acid conversion into PGE

2

                     ↓ 
Elevated thermoregulation set point
                     ↓ 
Elevated heat conservation and production 
                     ↓ 
                    fever 

 

 

Fever 

More PGE

2

 in anterior hypothalamus

Rise in thermoregulatory set point 
• - signals to efferent nerves
Sympathetic nerves – vasoconstriction of peripheral blood 

vessels

• Signals to cortex
Initiation of behavioral changes – seeking a warm 

environment, putting on more clothes, special posturing

Result – rise in body temperature by 2 to 3°C
If not enough ?
shivering

 

 

 

 

Antipyretics

 

Endogenous antipyretic substances:

Vasopressin, adrenocorticotropin, corticotropin releasing 

hormone,  α-melanocyte-stimulating hormone

(they alter ability of endogenous pyrogens to stimulate 

prostaglandin production)

Il-1 receptor antagonist (Il-1 Ra)
Soluble TNFα receptor fragments
Il-4 , Il-10, TGFβ 
Cyclooxygenase inhibitors (aspirin, ibuprofen)
Vasodilatation
Sweating
Behavioral changes

 

 

Accompaniments of fever

Back pain
Generalized myalgias
Arthralgias                           all can be reproduced by 

infusions of 

Anorexia                               puriefied cytokines
Somnolence

Chills – sensation of cold
Rigor – profound chill with piloerection (goose flesh) + 

chattering of the teeth and severe shivering

 

 

Accompaniments of fever

Alterations of mental status
Convulsions
Sweats – caused by activation of heat-loss mechanisms 

(treatment with antipyretics) or elimination of febrile 
status

 

 

Patterns of fever

Widespread use of antipyretics, glucocorticoids 

and antibiotics can alter the course of fever so 
that „classic” fever patterns are not seen

Temperature-pulse dissociation  
Is seen in typhoid fever

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Why humans develop 

fever ?

• Fever increases chances of survival during 

bacterial infection

• Decreases growth and virulence of several 

bacterial species

e.g in past induced-fever was used for 

neurosyphilis treatment

Type III pneumococci may autolyze at 41°C
• Stimulates phagocytic and bactericidal activity 

of neutrophils 

• Stimulates cytotoxic activity of lymphocytes

 

 

Costs of fever

Discomfort
Decreased quality of life
Reduced mental acuity
Sometimes delirium or stupor induction
Increased O

2

 consumption : 13% per 1°C

Increased caloric and fluid requirements
Acceleration of muscle catabolism (Il-1 , TNFα)
Loss of body weight
Negative nitrogen balance
Single episode of temperature > 37.8 °C in the 

first trimester of pregnancy increases the risk 
of some defects in fetus.

 

 

Causes of hyperthermia

• Heat stroke
Exertional – exercise in higher than normal heat 

and/or humidity

Nonexertional : anticholinergics, diuretics

• Drug-induced : amphetamine, cocaine, LSD, 

antidepressants

• Endocrinopathy : thyrotoxicosis, 

pheochromocytoma 

 

 

Hypothermia and endocrine system

Increased secretion of 
ACTH
TSH
Increase in plasma levels of 
Cortisol
Catecholamines
Slight increase in thyroid hormones

 

 

Hypothermia and nervous system

 

• Decline in neuronal metabolism
• Decrease in nerve conduction velocity
• Delayed reflexes
• Dysarthria, ataxia, amnesia, confusion
• „paradoxical undressing”
Coma with isoelectric EEG in the case of severe 

hypothermia

This is not brain death, this is reversible !

 

 

 

Hyporthermia and respiratory system

Exposure to cold causes
• Bronchorrhea
• Bronchospasm
• Tachypnea
• Hypoventilation (in more severe 

hypothermia

• Increase in hemoglobin affinity to O

2

  - 

impaired O

2

 delivery to hypothermic tissues 

 

 

Hypothermia risk factors

• Elderly
• Homelessness
• Ethanol use
• Malnutrition
• Poverty
• Mental illness
• Use of neuroleptic medication
• Hypothyroidism
• Adrenal insufficiency
• Hypoglycemia
• Spinal cord injury – T1 or above 

 

 

Hypothermia

Acute exposure to cold
Activation of cutaneous cold receptors
Posterior hypothalamus
Activation of sympathetic nervous system
Increase in muscle tone , shivering and peripheral 

vasoconstriction

• Shivering increases metabolic rae from 40-60 kcal/h to 

300 kcal/h

• When temperature drops below 30°C metabolic 

processes slow and shivering stops – further 
acceleration of hypothermia development

 

 

Hypothermia and ethanol

Ethanol
• Inhibits shivering
• Impairs hepatic gluconeogenesis 
• Causes peripheral vasodilatation – 

increase in heat loss

 

 

Hypothermia and heart function

Acute exposure to cold:
• Tachycardia
• Increased cardiac output
• Peripheral vasoconstriction
• Increased peripheral vascular resistance
Temperature < 32° C
• Impairement of cardiac conduction
• Decrease in heart rate and cardiac output
• Atriall fibrillation
Temperature < 28° C
• Ventricular fibrillation