関節軟骨は1～2mmの厚さのコラーゲン線維、糖タンパク質、ヒアルロン酸エステルが集合して形成され、水分を保持することでクッションのような役割を果たし、かかる負荷や機械的力を吸収・分散します。生理的状態では、関節軟骨は関節周囲の靭帯の収縮と軟骨下の骨組織によって上記の機能を完全に果たしています。筋肉の収縮は関節運動を駆動するだけでなく、ゴムバンドのような役割を果たし、伝達される衝撃力を吸収して関節を保護します。転倒などの不測の事態が発生した場合、筋肉が突発的な振動に対して保護反応を即座に示せないため、関節への負荷が増大し、関節損傷を引き起こす可能性があります。さらに、筋肉の老化や末梢神経障害が生じると、筋肉のエネルギー吸収機能も大幅に低下する。軟骨の荷重負担を補助するもう一つの要素は、軟骨下部に網状に分布する骨質である。その質は軟骨よりも硬いが骨皮質よりは柔らかいため、高い弾性を持ち、圧力に耐えるのに有利である。
変形性関節症は主に以下の二つの状況で発生することがわかる：一つは、関節軟骨、軟骨下皮質、関節周囲筋に異常がある場合（加齢性変性、骨粗鬆症、炎症、代謝性疾患など）。もう一つは、関節軟骨、関節下骨質、関節周囲筋は正常であるが、過度の圧力（肥満、外傷など）を受けた場合である。
病理：関節軟骨の変形が最も早く発生し、特徴的な病変を示す。軟骨基質内の糖タンパク質が失われると、関節表層の軟骨が軟化し、圧力を受ける部位で断裂が生じ、軟骨表面が細い糸状の絨毛状となる。その後、軟骨は次第に片状に剥離し、軟骨層が薄くなるか、あるいは消失する。軟骨下の骨組織には微小骨折や壊死が生じ、関節面及び周囲の骨組織の増殖により、X線上では骨硬化、骨棘、骨嚢胞変性が認められる。関節滑膜は、軟骨と骨質の破壊、代謝産物の関節腔への脱落により、軽度の増殖性変化を示す。これには滑膜細胞の増殖とリンパ球の浸潤が含まれるが、その程度は関節リウマチほど顕著ではない。重度の変形性関節症では関節包壁に線維化が生じ、周囲の腱も損傷を受ける。
臨床診断
本疾患に特異的な検査所見はないが、これにより他の疾患との鑑別が可能となる。大部分の患者で赤沈は正常、C反応性蛋白は上昇せず、リウマチ因子陰性である。関節液は黄色または淡黄色で粘度は正常、凝固試験は正常であり、白血球数は2×10⁹/L未満、糖分は血糖値の50％を下回ることは稀である。
関節のX線検査は本病の診断に有用である。病変関節はX線上で病状の重症度に応じて以下の変化を示す：1. 関節腔狭窄；2. 軟骨下骨硬化；3. 関節縁の骨棘形成；4. 軟骨下骨の嚢胞様変化（ごく少数の患者で船底状骨変化を認める）；5、骨変形（大腿骨頭の扁平化および／または関節亜脱臼を含む）。なお、上記のX線所見を示す患者の多くは本疾患の臨床症状を呈しないことに留意すべきである。
診断と鑑別診断 米国リウマチ学会（ACR）が定めた変形性関節症の分類基準は以下の通り：
（一）手指関節基準：手指関節痛またはこわばりを伴い、以下の4項目のうち少なくとも3項目を満たすもの。
1. 両手の第2・第3指の遠位指節間関節（PIP）、近位指節間関節（MIP）、および第1手根中手関節（PTRJ）の103関節中、2つ以上の関節で骨軟骨組織の肥厚が認められる。
2. 少なくとも2つの遠位指節間関節（PIP）で骨軟骨組織の肥厚が認められる。
3. 指節間関節（PIP）の病変（腫脹）が3つ未満である。
4、上記10関節のうち少なくとも1関節に変形が生じていること。
（二）膝関節基準：膝痛があり、当該膝のX線写真で骨棘が認められ、かつ下記のいずれかを伴うこと。
1、年齢＞50歳。
2、患膝の硬直＜30分。
3、骨擦音がある。
（三）股関節基準：股関節痛に加え、以下の3項目中少なくとも2項目を満たす場合。
1、赤沈＜20mm/1時間
2、X線検査で大腿骨または大腿骨頭に骨棘を確認
3、X線検査で少なくとも1関節の関節腔狭窄を確認