骨关节炎以关节疼痛为最常见、最突出的症状，严重影响患者的关节功能，降低患者生活质量，其发病机制如下。
一、软骨病变
一般认为软骨是骨关节炎最早发生病变的部位。
开始出现局灶性软骨表层软化，表面租糙，呈灰黄色，失去正常弹性，并呈小片状脱落，表面有不规则的小凹或线帚样小沟，多见于负荷最重处。进一步发展出现软骨面微小裂隙，明显粗糙和糜烂，逐渐形成溃疡，溃疡的大小、形态及深浅不一，深者可达骨质，受累范围广泛者可见软骨大部脱失，有的软骨细胞或骨赘脱落，在关节内形成游离体。
二、骨质改变
软骨剥脱，软骨下骨板暴露，骨面下骨髓内血管和纤维组织增生，不断产生新骨，沉积于裸露骨面下，形成硬化层，骨质致密，表面光滑如象牙。硬化区在压应力的作用下，骨质会发生微骨折、坏死、囊性变。
软骨边缘处出现骨赘新生物，软骨下骨髓内骨质增生，骨质内囊肿形成是本病的一大特点。晚期由于关节面严重破坏、骨赘继续增生，加上关节囊产生纤维变性和增厚，限制关节的活动。周围肌肉因疼痛产生保护性肌痉挛，关节活动受到进一步限制，关节处于畸形位。关节间隙变窄，可出现关节半脱位，内侧软组织挛缩，功能障碍，最终形成纤维性强直。
三、骨关节炎滑膜改变
早期可有滑膜充血，局限性淋巴细胞及浆细胞浸润。后期软骨及骨质病变严重，关节滑膜衬里层明显增厚，滑膜细胞层数增多，形成多发、重叠等，呈绒毛样增生并失去弹性，其内可埋有破碎的软骨或骨质小块.并可引起异物巨细胞反应。
关节面上生物应力平衡失调，有的部位承受应力较大，有的部位较小，应力平衡失调导致骨软骨及关节囊、滑膜的进一步破坏，形成恶性循环，病变不断加重。
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