增生性骨关节病慢性骨关节病早期的变化最先发生于关节软骨,关节承重区的软骨表面出现干燥,失去光泽,呈淡黄色,弹性降低,表面呈纤丝状,有绒毛感;进而,软骨面可以破碎,出现垂直裂隙。而后,随着软骨表面的磨损、变薄,逐渐出现水平裂隙,以致表面软骨分裂成为小碎块,并可脱落于关节腔内。在应力和摩擦最大的部位,软骨逐渐被全层破坏,使软骨钙化层,甚至软骨下骨质裸露。骨面下骨髓腔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,其表面被磨光如象牙样,故称为牙质变。压应力最小的部位则可出现骨质疏松。新生骨向阻力最小的方向生长,这就自然地在关节边缘形成骨赘。应力最大处的骨质由于承受压力的影响而产生显微骨折、坏死,形成内含黏液性骨质、坏死骨小梁、软骨样碎片和纤维样组织的囊肿。后期,软骨下骨质塌陷变形,周围增生骨膨出,使关节面更不能完善地咬合,并使关节活动进一步受限而加重症状。
关节滑膜和关节囊受脱落软骨碎片的刺激而充血、水肿、增生、肥厚,滑液增多,产生继发性滑膜炎,并出现疼痛、肌肉痉挛等症状。关节囊的挛缩和纤维化将导致关节纤维性强直。Weiss认为,上述一系列变化说明关节软骨变性,也可以说,这是人体对变性软骨企图修复的失败。