退變性關節病
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【概述】
骨性關節炎（osteoarthritis）和骨性關節病（osteoarthrosis）近來也以軟骨軟化性關節病（chondromalacic arthrosis），退變性關節病（degenerative arthritis）、肥大性關節炎（hypertrophic arthritis）、關節炎畸形（arthritis deformans）表述活動關節（滑膜關節）發生於老年的特發性、慢性進行性疾病。病理特點為局灶性關節軟骨的退行性變，軟骨下骨質變密（硬化），邊緣性骨軟骨骨贅形成和關節畸形。臨床表現為反覆發作性關節疼痛，滲出性滑膜炎、關節僵硬和進行性運動受限。X線檢查，關節間隙變窄，軟骨下骨質緻密增厚，軟骨下囊腫和邊緣性骨贅。退變過程先從關節軟骨開始，由表層關節軟骨改變進行性延及關節軟骨全層。隨生物化學的改變，出現對壓力和張力承受能力降低，大量纖維組織形成，深部劈開碎裂，最後軟骨完全侵蝕，軟骨下骨外露。與軟骨表面早期改變的同時，軟骨下骨血管增多，血管深達鈣化層，穿透病灶。由於關節軟骨被侵蝕，軟骨下板層骨及其相鄰骨小梁增厚和變粗。
【診斷】
1.臨床檢查所見 非炎性關節可觸膜和聽到關節發出的乾性吱吱聲。在進行期，關節邊緣性增生，關節囊肥厚，關節增大。運動受限。關節破壞嚴重，運動明顯受限，關節畸形與關節破壞相一致。關節運動從不發生完全喪失。當關節有炎症時，滑液增多，可於關節間隙引起限局性壓痛。無肌肉痙攣和萎縮。Heberden's結節是手指遠指關節背側骨軟骨性增大的特殊表現。該結節通常見於許多手指，可自然發生或發生於創傷之後，尤以絕經的婦女多見。結節不痛或出現後很快伴發疼痛、腫脹和壓痛。腫塊可能為軟的有時為囊性或硬化表現。膨大的包塊主要是軟骨性，因此X線檢查不能發現。一般無全身症状。年齡為中年或老年。性別：瀰漫性骨關節炎女性較多，在絕經期後的婦女產生骨關節病。男性僅持重關係受累及多見。好發關節，末節指間關節、腰椎、膝、髖、下位頸椎，骶髂關節和肘。病人體形常為肥胖型者。
2.實驗室檢查 血沉、血球計數、血生化正常，熱凝集試驗陽性。10%～30%患者甲狀腺外形顯示功能減退。可用滑液檢查進行退變性關節病與類風濕性關節炎、感染性關節炎鑒別，當急性炎症反應，關節蓄積大量液體時，關節液檢查與正常滑液相同。此時，關節液清亮透明微黃、粘性，不形成凝塊。細胞計數正常60～3000，主要由單核細胞構成。糖濃度與血相同，蛋白含量不超過5.5g/100mL。
相反，類風濕性關節炎的滑液在靜置情況下是稀薄、混濁和有凝塊的液體。Ropes試驗陽性，而骨性關節炎卻是陰性。細胞計數常增高3000以上，主要是多形核細胞，滑液總蛋白常常在8g以上，球蛋白濃度往往等於或超過白蛋白。
當骨性關節炎合併類風濕性關節炎時，滑液可具有兩種疾病的表現。因此，雖然滑液有典型的類風濕性關節炎的特殊表現，但是患骨性關節炎並不能除外，因此僅由關節滑液只能確診主要病因。另外，滑液有骨性關節炎特點時，也可能類風濕性關節炎處於靜止期。一旦懷疑上述兩種疾病都存在，必須進行反覆的滑液檢查。
3.X線檢查 骨性關節炎早期X線檢查正常。稍後逐漸出現關節間隙狹窄，反映覆蓋在皮質上的關節軟骨層變薄。最後，骨性關節病進行性發展，關節間隙明顯變窄，關節緣變銳，於邊緣出現骨刺或骨贅（osteophyte）形成，軟骨下骨增厚和硬化，於軟骨下骨受壓最大部位發生骨囊腫。X線拍片陰性並不能排除骨性關節炎。相反，X線檢查有典型表現，也不能肯定是原發性骨性關節炎。退變性改變常常同時存在其他疾病，痛風、感染性關節炎和類風濕性關節炎值得注意。
【治療措施】
全身關節或少數關節患骨性關節炎時，認為是一種良性疾病。大多數退變性關節病都累及許多關節，逐漸加重，屬相對的非致殘性疾病。病人多因全身關節酸痛、僵硬或單關節的急性疼痛發作而就診。非手術療法是為了達到阻止病情發展，減輕關節疼痛和僵硬，預防關節畸形，以及改善關節運動和穩定。
個別骨性關節炎，為單關節進展性疾病，關節功能因疼痛而嚴重喪失，運動受限，關節畸形和關節內紊亂，則必須進行手術治療。
（一）保守治療 下面對單關節或多關節的非手術治療原則作一介紹。個別關節的手術治療參見骨科手術學。
1.休息 受累關節減少壓力和剪力，使滑膜炎症消失。大多用於關節骨性關節炎症状劇烈和退變加重的情況。在個別關節的急性發作過程，最好把患病關節放在床上休息，以便關節囊和韌帶鬆弛，從而減少關節面的壓迫。
2.關節運動 為了防止關節囊攣縮，每天關節進行全運動範圍的運動幾次。大多數劇烈的運動將導致關節面明顯受壓的可能，必須避免。
3.可由扶拐或人扶避免受累關節持重。
4.可採用采累關節對側使用手杖減少重力來減少持重關節的垂直負荷。骨性關節炎進行期或雙側關節患病則需雙側手杖、架拐或人扶，應教給病人正確的步態。
5.急性炎症期，尤其對持重關節使用牽引，以防止關節面粘連和關節囊攣縮，一直用到急性炎症消退。
6.理療 按摩和功能鍛煉（主、被動運動）之後濕熱療法。避免強力恢復已喪失的關節運動。對痛性Heberden's結節使用普通熱水或臘療法（Paraffin）是有幫助的。
儘管要減少關節應力，但是對於提高肌力來說，主動運動（等長運動isometric exercises）比被動運動（isotonic exercises）更好。
7.保持良好的力學體位 避免不利的體位力學關節，使用鞋墊和進行全關節的分期功能鍛煉。
8.骨科矯形器（orthodpaedi appliance） 可拆卸的石膏夾板以確保休息和每天理療。對於下腰椎的骨關節病，單純的塑料或紡織品圍腰（corset）即可達到治療作用。支架是制動的較有效的形式。雖然不太提倡使用，但必要時可用普通彈力繃帶限制病患關節過度運動。整個下肢坐骨結節半環支架減少持重的壓力，膝關節另用皮革套制動。
9.電離子透入療法（離子電滲療法iontophoresis） 一般使用乙醯甲膽鹼（mecholyl）或組織胺（histamine）。但療效不可靠。
10.X線治療 其作用推測為減輕炎症和減少疤痕形成。雖然有些作用主張使用，但減輕症状不持久，治療價值不大。
11.皮質類固醇 皮質類固醇混懸液有時為溶液，行關節內注射，在數小時和數天之內即可減輕疼痛和腫脹，並能改進運動。沒有發現全身反應。類固醇是通過抗炎產生作用，症状減輕時間長短不定，從幾周到幾個月。注射時間（schedule）指定為固定的間隔，由治療作用的時間長短作為間隔多長時間的依據，要保持病人不痛和能繼續治療，不過並未使疾病不再進展。
關節內注射皮質類固醇顯示對關節軟骨具有有害作用，損傷軟骨細胞的合成活力，引起軟骨基質內蛋白多糖含量的減少。這種作用在兩周之內是可逆性的，這就表明在兩次關節注射的最小間隔時間。
常使用的製劑，有氫化可的松（hydrocortisone）、第三代氫化可的松醋酸丁脂（butylacetate）、去炎松（氟羥潑尼松龍triameinolone）、6-甲基潑尼松龍（6-methyl prednisolone）和地噻米松（dexamethasone）。
12.熱、乾的氣候（climate），有益於康復。
13.逐級的功能鍛煉 肌肉不平衡可引異常大的應力集中於關節的一側，大大地加重了關節的退變過程。制定分級的功能鍛煉，以改善和平衡肌肉在關節上的作用力。
14.藥物治療 使用藥物可止痛和抗炎，但並不能制止病理過程發展。水楊酸鹽是止痛、抗炎的最好藥物。實驗證明：水楊酸鹽（salicylate）有抑制軟骨降解、減少氨基已糖（hexosamine）和羥脯氨酸（gydroxyproline）的作用，但尚未被證實。
⑴乙醯水楊酸（aeetylsalicylic and,aspirin、阿司匹林） 既是止痛藥物又是抗炎藥物，為骨性關節炎主張選用的藥物。藥物必須達到治療量才能有效。藥物劑量640mg，每日可服用四次，逐漸增加劑量直到症状緩解。老年人更容易發生毒性作用和胃腸道不適。如果耳鳴（timitus）或發生聽力損害，應立即停用（withhold）阿司匹林。有胃腸道症状可使用抗酸阿司匹林糖衣片，鄰羥苯甲基水楊酸（salicyl-salicylicylicacid），水楊酸鎂鹽和水楊酸膽酸（choline）鹽。
⑵非那西汀（acetophenetidin,phenacetin） 如阿斯匹林有反應，可換用非那西汀。一般劑量300mg，一日四次，但不主張長期服用，因為可發生腸源性腎炎。
⑶醋氨酚（acetaminophen、退熱淨） 它既是止痛藥又是退熱藥，並無嚴重毒性和副作用，有增加口服抗凝藥物作用。劑量成年人為325 ～650mg tid，兒童7～12歲～325mg tid，3～6歲mg tid。
⑷鹽酸丙氧吩（propoxyphene hydrochloride，右旋丙氧吩，Parvon） 為了止痛必要時可給鹽酸丙氧吩65mg和枸櫞酸愛庚嗪（ethoheptazine citrate,zactane）75mg，PRN或tid。
⑸鎮痛新（戊唑星，pentazocine，Talwin） 疼痛劇烈，口服劑量50mg。常見副作用有：噁心、皮疹和眩暈（light-headedness）。
⑹消炎痛（indomethacin,indocin） 止痛抗炎藥。必須小心（caution）用藥，特別是對阿司匹林有反應的病人。全劑量75至150mg，分成幾次，隨食物或抗酸藥物服用，以減少胃腸不適、胃腸出血、後頭痛、眩暈等反應。
⑺保泰松（phenylbatazone，苯丁唑酮，butazolidin） 其派生物質羥保太松（oxyphenylbatazone）（Tandeari）毒性不大。可能發生的毒性作用有：骨髓抑制，上消化道出血，浮腫（water retention）和皮炎。如果說有一個常規使用根據，那就是必須反覆進行血球計數。
⑻擦劑（liniment） 如果對患部使用擦劑可能起到「對抗刺激」（counterirritation）性充血和減輕疼痛的作用。常用甲基水楊酸鹽（methyl salicylate）。其作用很可能是心理性的。
（二）手術治療 手術療法是針對減輕疼痛，改善關節功能，矯正畸形和對線不良，減小垂直負荷和剪力，消除腐蝕關節面的關節內病因，以及疾病明顯地進行性發展又是手術適應證時，可考慮人工關節置換建立新的關節。關節固定術只是減輕疼痛和起到關節功能穩定的一種方法，必須在其他更保守的手術不可能和已經失敗時才使用。
【病因學】
原發性骨關節炎病因不清，有關因素有：
1.年齡 人體於20歲開始出現退變過程，不過直到中年之前並不明顯，55～65歲時約85%X線檢查可發現骨關節的改變。
2.性別 患病男、女相等。直到54歲前，男、女患病表現形式相似。其後，女性退變進程比男性更嚴重更廣泛。
3.遺傳性 流行病研究顯示骨性關節炎是一種由遺傳性代謝異常引起的一種全身性改變的關節表現。Heberden's結節可以單一的正染色體（antosomal）基因（gene）遺傳性影響，在女性為顯性遺傳，在男性為隱性遺傳。外顯率（penetrance）因年齡而不同。老年女性外顯性發生率最高是30%。在老年男性，由於為隱性遺傳外顯性發生率為3%。精確的遺傳模式尚不清楚。
4.肥胖 退變性關節病在肥胖人發病率增加一倍，主要累及持重關節。肥胖男性退變性關節病表現女性多見的全身性改變。
運動系統的衰老表現在骨骼和肌肉的改變。進入中年期，骨密度下降，骨骼的彈性和韌性減弱，脆性增加，關節軟骨的再生能力減退，骨質疏鬆，肌肉總量與體重的比例下降。關節失靈、活動範圍受限，使中老年人確有力不從心之感。由於椎間盤萎縮變薄，彈性減退、關節軟骨變性、磨損、硬化，中老年人中骨質增生是很常見的。但就增生部位和發生比例而言，胖人與體重正常者存在著很大差別。肥胖人過重的身體負擔，使骨關節過早出現變性、老化，關節磨損，骨面之間的擠壓刺激明顯大於體重正常者。因此，骨質增生的發生率比體重正常的同齡人明顯增高。而且病發部位多見於負重關節。如：腰椎骨質增生與下肢膝關節、踝關節的增生。而頸椎骨質增生的發生率卻無明顯增多現象。這大概是胖人與體重正常者的頸椎負重無明顯差別有關。
5.病變範圍 人與人、關節與關節退變表現不同。而且，由人群的檢查發現有幾種類型。在54歲前，關節受累及形式男、女相似。女性通常多表現退變性關節受累及，第一腕掌關節和遠指間關節往往有改變。在男性，髖關節被累及更常見。
可累及任何滑膜關節，但容易承受巨大壓力的關節發生退變最嚴重。由持重、壓力發病的部位有下位脊椎、髖關節和膝關節。由於強大的反覆肌力作用發病的部位有第一掌指關節、第一腕掌關節（大多角骨腕骨關節）和中頸椎關節。
一個關節發生骨性關節炎改變，基本為非壓力區域。Trueta檢查不同年齡，由14～100歲的股骨頭顯示軟骨退變，71%股骨頭只限於非壓力區出現退變，僅3%退變發生於壓力區。其餘26%軟骨退變發生於壓力和非壓力區。
6.誘發因素（Inciting factors）原發性骨關節炎病因不清，關節的繼發性骨關節炎發生的病因，由既往的健康狀態和各種改變關節軟骨的疾病來決定。下面所列出的全可能成為已經存在臨床表現或尚無臨床表現的退變過程的進展速度的促進因素。
⑴炎症過程 如在類風濕疾病，關節周圍和滑膜組織的炎症侵蝕破壞關節軟骨。
⑵代謝疾患 例如痛風性尿酸鹽沉澱，黑尿酸尿性褐黃病的色素沉澱，蓄積於關節軟骨，使關節軟骨性質改變易發生破壞。血色素沉著病作用類似。
⑶生物力學因素 軟骨發生疲勞傾向（例如，巨大應力反覆作用，軟骨發生疲勞）。因此，反覆受力作用，不僅產生膠原纖維斷裂，而且也消耗了軟骨表面的蛋白多糖（Proteoglycan）。骨畸形即可增大軟骨所承受的這種反覆作用的應力。
由於關節骨折、脫位、髖臼發育異常、骨骺滑脫和Perthes'病引起結構異常，都將因支持負荷的面積減少而導致接觸壓力增大。骨壞死造成骨質塌陷，導致出現致病性高負荷壓力。
關節畸形（例如膝外翻或膝內翻），使關節增加的負荷不平衡，一側分布大，最後軟骨破壞。
身體的異常作用力可引起關節的內部紊亂。如採用設想的關節一瞬間的力傳導中心的方法測定關節作用力的方向和速度。通過關節表面的任何一點與一瞬間關節作用力傳導中心的連線，垂直於作用面，即可發現關節正常和異常情況下的不同。正常關節接觸關節面的作用力速度方向與關節面平行，內側半月板撕裂的病人，其產生為一瞬間力傳導中心，由於關節扭動偏移以致膝伸展時，關節作用力速度方向有由股骨傳到脛骨的傾向。這種巨大的接觸作用力造成了半月板撕裂，其後產生了關節退變性疾病。
關節面的相對擠壓造成關節軟骨營養障礙，導致軟骨細胞壞死。繼之發生基質蛋白（PG）多糖的消耗，於是關節軟骨經不住關節往返運動的壓力和剪力，發生了退行性改變。
膝受長期屈曲作用力固定的一些實驗動物，關節面不相接觸的部分，關節軟骨和滑膜之間發生粘連。可能由於軟骨營養障礙，所以粘連下面的軟骨發生退行性改變。
⑷激素作用 肢端肥大症（acromegaly）關節軟骨改變明顯。生長激素（samototrophin）刺激軟骨細胞，導致加速和增強了軟骨細胞的代謝活動。當動物老化時，生長激素缺乏明顯，造成軟骨細胞退變，軟骨細胞代謝降低。
糖尿病顯示軟骨細胞進行性異常，極易患骨性關節炎。
⑸化學損傷 全身或局部使用化學藥物，傷害了軟骨細胞的生命力和代謝活動性。
關節內注射皮質類固醇，產生合成活動大大降低，持續時間從數小時至一周或更長時間。當全身使用皮質類固醇，免疫抑制劑量，同樣引起合成代謝降低，PG（糖蛋白）喪失。組織學改變稱為局灶性軟骨軟化或早期骨性關節炎。
鹼性藥物（如氮芥nitrogen mustard或塞替哌thiotape）注射關節內可損傷關節軟骨。
⑹反覆的關節內出血 在凝血因子有缺陷的病人，關節內反覆出血可能導致關節軟骨以及軟骨下骨結構的嚴重損害。在軟骨基質內的離子色素可改變軟骨的理化性質，或軟骨細胞吞噬了大量的離子色素性在胞漿內，可引起溶酶體釋放降解酶。出現蛋白糖（PG）濃度降低，軟骨細胞的合成活動減少。
一次或偶然關節內出血，可不出現嚴重問題。
⑺年齡老化的改變 有些研究人員認為關節軟骨表面的纖維化與年齡有關，某些特殊部位並無症状（髖：股骨頭內下的股骨頭凹陷，髕骨（內側關節面）有時導致骨性關節炎。
關節軟骨的年齡老化改變：在正常人的關節軟骨隨年齡變化發生一些改變。在未成熟軟骨發生的那些與年齡有關的改變，也發生在骨骼發育成熟過程和成人年齡增長過程中。重要的是這些改變與那些疾病過程，特別是那些骨性關節炎的改變不同。
①細胞改變 未成熟的骺軟骺細胞數與基質比例高於成人。在兩個區細胞有絲分裂活動明顯。細胞分裂是骨骺軟骨逐漸增大的原因。骺軟骨基底部細胞增殖是軟骨內骨化的徵象，形成小的骺板骨化骨骺中心。隨著動物年齡的增長，通常在生後幾個月，細胞有絲分裂在2歲前軟骨細胞組成進行性減少，成人整個細胞結構不改變。重要的是發現隨年齡增加，軟骨細胞表面的細胞數沒有改變。當完整的關節軟骨發現表面層細胞減少、中層細胞數增加是骨性關節炎的早期表現。
②膠原 老化與膠原纖維的成熟數量增加有關。整個纖維區直徑增加，常常出現碎片，鄰近退變細胞群往往含有一個鈣化中心。在出生時，膠原纖維區除淺表纖維按切線方向走行外，纖維無排列走行。這種形式除鄰近骨的最深層纖維有垂直走向外，在正常的年齡老化過程中始終如此。表層纖維常不呈束狀排列，但保持垂直於關節面。在老年的纖維組織層由存儲的無形態碎片取代。
③蛋白和氨基多糖、粘多糖（GAG）的合成 合成率仍然絕對固定不變，以保持破壞分解和合成比例平衡。成年兔關節軟骨的蛋白糖半衰期短，大部分半衰期約8天。其他萬分包括膠原，半衰期很慢。在病理情況下合成的不變比例改變，在某些骨關節炎狀態下和撕裂損傷之後合成活動明顯增加。
④化學成分 6-硫酸軟骨素是氨基多糖、粘多糖（GAG）的基本成分，約佔全構成的45%～75%。在未成熟軟骨中，氨基多糖（Glycosaminoglycan）、粘多糖，其餘成分主要是4硫酸軟骨素和少量角蛋白硫酸鹽。當動物老化時，4硫酸軟骨素濃度在成年動物減少約佔全粘多糖GAG的5%以下。此外，角蛋白硫酸鹽數量隨年齡增加，在成年動物濃度高達50%。正常時，僅在未成熟軟骨發現有較多的4硫酸軟骨素。在損傷和疾病的代償性反應過程中（如骨性關節炎），軟骨細胞又恢復了合成大量4硫酸軟骨素的成軟骨細胞作用，這種粘多糖GAG數量增多。
在動物測定觀察之後，對成熟的相對應的正常人的關節軟骨觀察測定發現改變不大。隨年齡變化關節軟骨水分、膠原、全氨基己糖（hexosamine）、硫酸軟骨素、全氮、硫以及骨灰量無明顯改變。
關節膠原在人的老化過程中，究竟是膠原纖維形態改變還是人老化影響關節軟骨膠原纖維的生化性質尚不清楚。而且，膠原纖維關節交聯的數量對關節軟骨老化的作用也不了解。
⑤物理學改變 隨老化關節軟骨的滲透性降低，由10～40歲間關節軟骨滲透性達到最大。而且這種滲透性的改變，在關節軟骨的表淺部分比深層增高更明顯。
正常人關節軟骨的彈性不隨年齡改變。當關節軟骨負重之後，發生瞬間的畸形，繼之是一個蠕變狀態（緩變狀態）。除去負重，隨時間關節軟骨又恢復了原來厚度。當負荷迅速去掉後，約90%瞬間畸形恢復。另外，其纖維軟骨負荷後發生畸形極大，恢復慢且恢復不全。
關節張力性僵硬指的是平行於關節面的作用力，所產生的繼發性壓縮作用。關於對老化關節面張力的作用尚待進一步研究。骨性關節炎病變主要在關節軟骨表層時，關節僵硬和無力並不明顯，但是隨病變加深關節僵硬增加。
⑥關節軟骨的營養 只在胚胎和其後一個不長時間內，血管由骨的干骺端通到關節軟骨的各個部分，並由關節軟骨周邊直接進入骨骺。未成熟關節軟骨，骨骺板尚未閉合，因此由骺板下干骺端血管和關節分泌的滑液擴散獲得營養。於關節軟骨成熟之後，鈣化帶形成為明顯標誌，此時骨骺板已閉合，幾乎全部營養由關節滑液擴散獲得。在病理情況下，例如骨性關節炎或關節軟骨完全性缺損，明顯的代償性反應，干骺端血管通過軟骨下骺板，重新穿過軟骨深部鈣化帶。
【病理改變】
（一）光鏡下的改變 正常關節軟骨光滑、濕潤、藍白色。滑膜光滑發白，與關節軟骨的邊緣相連。生理性的正常老化過程開始於20歲以後，隨年齡而發展。化學成分改變、組織學表現、合成和退變活動，以及病理學特點已於上節介紹，應與骨性關節炎或骨性關節病的改變鑒別。
單關節關節面透明軟骨的早期退行性改變是局灶性改變。肉眼所見，表現乾燥、發暗、淡黃色、無光澤，纖維面有柔軟的天鵝絨感（Velvety feel）。鏡下，一個個大的陷窩充填著20個左右軟骨細胞（Weichselbaum's陷窩）。這種多細胞聚集稱「Chodron」或「Colne」。其後，軟骨細胞退變，呈現星狀或無形表現。隨關節運動，壓力作用和摩擦力沖涮，退變外露的關節面軟骨被碎裂變成粗糙和斑剝。
正常軟骨基質聚集緊密的表層膠原纖維束、深層的隨意走行的纖維網和最底層的垂直排列的纖維構成。在膠原纖維間是糖蛋白（PG）、吸水性很強的蛋白分解產物（PPS）等。膠原纖維和糖蛋白光折射係數相同，故膠原纖維看不見。當退變過程不斷進行時，糖蛋白（PG）被降解和清除，膠原纖維則能看到。軟骨被裂成許多裂縫。膠原纖維在深裂縫之間顯示垂直走行為骨關節軟骨纖維產生碎裂的最大特點。當軟骨浸於水中時可看到表淺的膠原纖維叢像纖細的毛髮起伏的凸起產生一種表面的天鵝絨感。
關節軟骨的某些區域，出現再生和軟骨表面的剝脫區。這提示其後的結果：關節軟骨完全消失，軟骨下骨外露，遭受非生理性的外力，發生纖維性折裂。血管細胞組織充滿裂傷處，形成纖維軟骨性組織。其過程與關節軟骨由創傷或手術引起的完全性缺損反覆反應相類似。
退變性關節軟骨（特別是已為進行性退變性關節軟骨病時），往往脫落（Sheared off），進入關節腔內成為「關節鼠」（jojnt mouse）。
於關節軟骨深層，軟骨細胞出現柱狀排列，由軟骨下骨和骨髓來的血管小支可成為它們伸入鈣化帶的通道，軟骨下骨皮質的新骨板增厚。軟骨下骨皮質新板層骨肥厚為骨表面關節軟骨的消失，垂直負荷增加的反應。
在間歇期（病情進展放慢），軟的退變性軟骨磨損，減少，完全吸收（由溶酶體酶），或排進關節。外露的軟骨下骨於是受到巨大的應力作用，隨著血管分布的增多和豐富發生很強的成骨反應。這種改變由於壓力作用不斷進行，也由於牽引關節囊而加劇，向關節邊緣延伸，常產生骨贅伸進關節囊。
滑膜增生，絨毛形成，顯示單核細胞充血和浸潤。滑膜的反應性炎性改變，在非活動或非持重關節並不強烈。滑膜可由於組織化生或由關節腔吞噬了軟骨碎片而含有軟骨細胞巢（nest）。軟骨細胞巢可發生鈣化，繼之骨化，或完全吸收，或軟骨性的骨軟骨體伸進關節。
在進行期，關節軟骨已經完全磨損，軟骨下骨皮質變成肥厚光滑，由於連續不斷的剪力作用而被磨光。正如前面所說的，發生軟骨下骨折，軟骨下骨不能承受垂直負荷。於最大的受力部位可發生軟骨下骨囊腫。於滑膜內不斷形成軟骨瘤和骨軟骨瘤，或者仍有蒂相連或游離於關節內。「關節鼠」與關節附著組織中斷後血供也失去，中心部骨核壞死，這時表面的軟骨由滑液獲得營養，軟骨又生長一層仍然存活的附加層。軟骨的表層可隨時鈣化，然後，其上又覆蓋新的軟骨附加層，這一過程反覆進行。因此這樣形成的「關節鼠」切面，顯示鈣化層、非鈣化層和中央骨壞死核的多層次交替出現。
1.血管改變 於軟骨下區存在血管擴張和增多的情況。骨性關節炎一開始，最早在關節軟骨表層改變，顯示血管由軟骨下骨髓穿過鈣化軟骨區基底。軟骨下骨小梁的結構由於充血而變得稀疏和薄弱。又由於關節軟骨的彈性喪失，甚至不能逸散作用力，使關節軟骨下骨受力加大，發生骨小梁骨折。由於骨小梁塌陷，發生壓縮，新骨形成、骨折部位密集。部分骨組織壞死，則使壓縮骨組織隨新骨出現形成一個緻密骨段。
血管增加表明為新骨形成的反應，於非持重區導致骨贅形成，於持重區產生緻密新骨。
2.囊腫 骨囊腫是一骨質透亮區，限於持重骨段的上部，通常位於密質骨之內深達緻密的關節面。囊腫可含有疏鬆的、粘液樣的、緻密的、或纖維軟骨性的纖維組織。大量的薄壁靜脈吻合小靜脈佔據著囊腫骨結構，並與細長的小動脈相連。於囊腫看不到血管。
囊腫的骨壁由粗的骨小梁形成。當壓力去除後（如通過手術），囊腫發生血管再生和成骨而消失。
3.骨性關節炎各階段的鏡下所見 有三個階段：
⑴早期 關節面的不平整和纖維組織形成，有小裂縫但不超過淺表層；軟骨細胞輕度增多（bypercellularity）；粘多糖（mucopolysaccharides'）的微小減少不延至移行帶或中層以上。
⑵輕度進展期 關節面的損害加重，小裂縫延伸到整個關節軟骨中層，偶有累及鈣化層；中層已有粘多糖減少；軟骨細胞群或細胞分裂數增多。
⑶進行期 軟骨厚度減少；小裂縫延伸至軟骨下骨，關節軟骨全層的粘多糖明顯減少，關節面的有些區域關節軟骨完全丟失，露出緻密的軟骨下密質骨。
4.組織學的進行性改變 骨性關節炎是一種局灶性疾病，在同一關節軟骨的不同區域組織學、組織化學、生物化學和代謝改變都顯示很大的不同。因此，下面所介紹的骨性關節炎這些方面的有關特性反映出骨性關節炎進行發展的發生過程。
骨性關節炎最早的組織學改變是關節軟骨表層的消失，軟骨細胞數的瀰漫性增多，異染性染色輕度減少，說明蛋白多糖（PG）的消耗。骨表面血管向軟骨內生長並貫穿全層。血管貫穿全層是骨性關節炎的一大特點，可能有助於骨贅形成。
骨性關節炎進行性發展，軟骨表面開始出現垂直劈裂，起初劈裂通過移行層，接近排列切線方向的緻密纖維束，於纖維束層纖維束變形。病程進一步加重，裂縫不斷加深，延伸至鈣化帶，產生纖維形成和軟骨軟化的表現形式。用異染染料染色，例如阿辛蘭（alcian blue），或正染色（orthochromatic）染料如鹼性藏紅（safranine）-O染色，顯基質的顏色強度進行性減低，這就表明糖蛋白（PG）進一步消失。骨性關節炎的這個階段，軟骨細胞最突出的表現是當時的代謝活動亢進。軟骨細胞數增加，聚集成群或簇系（clumps or clones），為骨性關節病異常的最大特點。
在骨性關節炎的進展期，軟骨細胞出現侵蝕，最後由表面的局灶病變區完全消失，軟骨剝脫露出硬化和緻密的骨質。軟骨下骨囊腫形成，骨表面可覆蓋有部分新軟骨修補區，並伸延至邊緣骨贅。
（二）超微結構的特點 下面介紹電子顯微鏡的研究，將把各帶的骨性關節炎疾病改變分為早、中和進行三期敘述。
1.淺錶帶
⑴基質
①早期 骨性關節炎在關節面的某些區域仍有無細胞的薄層絲性基質覆蓋，覆蓋層發亮，可能表明吸附有大分子的透明質酸（hyaluronic acid）或糖蛋白（PG）。淺表的膠原纖維有特殊的分布走行方式：膠原纖維束成為小纖維束，有間隙相隔排列。在正常關節軟骨的膠原纖維束則是相互接近並成直角，間隙不大，方向與關節面平行。
②中期 關節面失去精細的線狀覆蓋，發生許多皺摺（infoldings）。成熟的膠原纖維束的排列與這些皺摺表面平行。於是個別的膠原纖維和纖維束分離，表現大的低電子密度區，反映出可能是蛋白多糖（PG）的減少。
③進行期 關節軟骨表層由無一定形態的物質覆蓋，被向深部延伸的裂縫所斷裂。成熟的膠原纖維平行於那些垂直走行的直徑不大的絲狀關節面排列。纖維間距加大，纖維間基質的電子密度減低。
⑵細胞
①早期 關節軟骨淺表細胞有些尚存活，而有些表現退行性改變。存活的細胞增大變長，其長軸與關節面平行。細胞有豐富的細胞內細胞器，細胞內質含很多的粗大的網狀結構，非常清楚的高爾基（Golgi）小體、空泡（Vacuoles）和少數粒線體（mitochndria）。細胞核不規則，往往呈雙葉狀。胞漿呈現許多分支突起。發現成熟的膠原纖維與細胞膜相鄰近。細胞為成纖維細胞表現，代謝活動活躍表明膠原纖維的合成 。
②中度進行期 常看到軟骨細胞團接近軟骨裂縫。這些細胞群像較深的軟骨細胞群外圍所看到的那樣沒有均勻一致的絲狀的粘多糖包繞，而是圍繞著很細的膠原纖維。細胞核和細胞漿內的細胞器看不到退變性改變，細胞核和細胞膜完整，胞質網狀結構粗大，高爾基小體和粒線體等。細胞器發育良好。
③進行期 一般於關節軟骨的淺表層和深層看到退行性改變的細胞。突出的特點為胞漿核心周排列有大量的絲狀物、溶酶體（lyssomes）、粗大的網狀結構和高爾基小體不多。退變細胞圍繞著大量球形纖維（核距12nm）（直徑120Å），成熟的膠原纖維位於細胞膜附近，這種細胞數骨性關節炎病變加重和個體的老化而增多。
2.中層
⑴基質
①早期 膠原纖維直徑20～160nm（200～1600Å），排列無一定形式，纖維間距大，纖維間的間隙電子密度降低。
②中度進行期 膠原纖維排列與關節面更加垂直，與正常的隨意排列不同。
③進行期 垂直於關節面的膠原纖維更加明顯。
⑵細胞
①早期 軟骨細胞被變細的絲狀原纖維輪環繞。細胞為圓形，有大量的胞漿，含許多粒線體，發生良好的粗大胞漿內網狀結構和高爾基（Golgi apparatus）小體，脂滴，以及很少的溶酶體。中心顆粒（centrioles），表明細胞可能存在再生。從早期到中度進行性骨關節炎的不同年齡病人發現大量軟骨細胞，細胞器極為發達。
②中度進行期 中層軟骨層的細胞母大致由1～20個細胞構成。個別軟骨細胞由絲狀纖維輪和其餘大量的退變軟骨細胞圍繞。軟骨細胞常常與同齡正常人的關節軟骨中層相比軟骨細胞數為2至3倍，也看到細胞器數量增多。
③進行期 處於不同階段的大量退變軟骨細胞數增加。
3.深層
⑴基質 正常情況下，深層膠原纖維排列僅在年齡不斷老化才與關節面垂直，在年輕人相反，纖維不與關節面垂直排列。不過，骨性關節炎與老化無關，膠原纖維排列與關節面垂直並由基質分離出來，這種改變尤其見於年輕人的正常關節軟骨。
⑵細胞 早期骨性關節炎，大多數軟骨細胞顯示退性變的早期表現：軟骨細胞內絲狀物質增加，多位於核周部位，細胞器減少。於中度進行期和進行期時，幾乎所有軟骨細胞處於退變的不同階段，細胞被成熟的膠原纖維細胞外輪環繞，纖維直徑往往很大。細胞核緻密，胞漿含有巨大的螺紋狀絲，變長增大的粒線體（mitochondria），溶酶體樣結構和少量的粗大的胞漿內網狀結構。
早期骨性關節炎改變包括：關節面細小的不規則改變，一層薄的絲狀面消失（此種為光澤層），纖維間基質的電子密度降低，細胞的改變，淺表和中層細胞的明顯增大，高爾基小體、胞漿內粗大網狀結構以及中心顆粒的數量增加。退變時細胞數的改變是淺表層和深層細胞的增多。當骨性關節炎進行性發展時，淺表層皺摺加深並向層延伸。膠原纖維與淺表層的裂縫平行排列，與中、深層的關節面垂直走行。尚存活的軟骨細胞或單獨存在或成團存在，於軟骨各層里顯示細胞肥大，細胞內細胞器（Organelles）的數目增加，這與細胞內合成活動活躍有關。隨骨性關節炎加劇，退變軟骨細胞數目增加，這些細胞含有大量的細胞內絲狀物和溶酶體樣結構。進行性骨性關節炎，所有細胞出現退變和出現一些微小改變（misroscars）。
（三）正常關節軟骨的生物學特點 為了理解骨性關節炎關節軟骨的生物學改變，首先複習正常人關節軟骨的生物學特點非常重要。下面就有關這方面的研究摘要幾點。
1.隔絕性 關節軟骨是無神經和無淋巴的，除發育期骨骺外，不直接與血管系統接觸，營養必須穿過兩個擴散屏障才能達到軟骨細胞。在成熟的成年人，全部營養必須首先穿出滑膜血管叢，通過滑膜到達滑液，再經透明軟骨的緻密基質到達軟骨細胞。在未成熟動物，關節軟骨基底層可通過骨質下面血管分支的擴散得到一些營養。
軟骨基質可自由滲透過營養物質，但由大分子營養成分的擴散由濃度決定，多離子粘多糖（GAG）擴散，擴散力很強，理論上確定孔大小6.8nm（68Å）。正常關節軟骨，即使低分子量蛋白穿過軟骨基質擴散也是很慢的。
2.細胞過少 關節軟骨的細胞密度很低，儘管細胞成分不多，軟骨細胞的活性也差。軟骨細胞的固定切片表現小且固縮，核為不規則形態。軟骨細胞是一種代謝活躍的細胞，不斷合成基質成分，並參與退變的分解過程。有些基質成分顯示迅速更新。
3.基質生物化學 正常人的關節軟骨是一種含水很多的組織，水含量高達80%。其餘成分是有機物質，大分子固體，由膠原纖維和蛋白多糖（PG）各佔一半構成。軟骨的膠原大分子是由3α-1（Ⅱ）鏈構成（與骨和皮膚膠原相反，Ⅰ型，由2α-1鏈和1α-2鏈構成。而且，Ⅱ型膠原的α-1（Ⅱ）鏈與Ⅱ型膠元的α-1（Ⅰ）鏈相比有結構的不同。Ⅰ型膠原的α-1（Ⅰ）鏈羥賴氨酸（hydroxylysine）基（residues）數增多，羥賴氨酸（hydroxylysine）的糖基作用（glycosylation）增強。於分子內和分子間的聯鍵也有不同。
蛋白多糖（PG），由一系列高分子量化合物構成。這些化合物分別於細胞內、外通過中心透明質酸核附近的蛋白多糖鍵集聚合成。最小的的亞蛋白多糖（PG）有一線性蛋白支柱（backbone），約200nm（2000Å）長與50nm或更長的多二聚（polydimeric）糖（sugars）（GAGS）相連。至少查明關節軟骨上有三種不同的蛋白多糖（PG）：6-硫酸軟骨素（chondroitin 6-sulfate），4-硫酸軟骨素（chondroitin 4-sulfate），硫酸角蛋白（keratan sulfate）。
正常時，動物老化，4-硫酸軟骨素（chodxoitin 4-sulfate）濃度降低比成人整個粘多糖（GAG）少5%。未成熟軟骨硫酸角蛋白（keratan sulfate）的數量掃描顯示，隨老化發展濃度增高，可升高成人軟骨組織的50%。6-硫酸軟骨素是主要的粘多糖（GAG），約佔軟骨組織成分的45%～75%。
4.代謝活動 正常軟骨細胞的代謝活動是很高的。在新陳代謝（EM，metabolism）情況下，關節軟骨中層的軟骨細胞顯示一個表面粗糙的胞漿網狀結構形成巨大的網，擴張池（dilated cisternae）、細胞器和高爾基（Golgi）小體，表明不同基質成分的合成（synthesis）活動。放射性同位素（radioisotopic）檢查發現合成活動，蛋白多糖糖（PGS）和膠原蛋白成分集會於細胞內，然後膠原和蛋白糖迅速進入細胞外基質。這個過程使細胞外基質不斷更新。蛋白多糖半衰期8天，膠原的更新時間更長。蛋白多糖的更新中間可能通過溶酶體酶和溶酶體外酶系統。
5.DNA合成 在正常情況下，可由攝入氚的胸苷顯示出軟骨細胞的再生，但僅在未成熟關節軟骨。軟骨細胞再生發生於兩個層：在骨骼生長活躍期，可能與骨骺的軟骨增長有關的表層和近骨骺化骨核的骺板增殖帶的基底層。不斷老化時，首先在表層有絲分裂減少，最後成熟期DNA合成活動停止。正常成人關節軟骨看不到有絲分裂形式。在某些情況下（例如軟骨撕裂或骨性關節炎），軟骨細胞可恢復DNA合成和細胞分裂活動。
6.骨性關節炎關節軟骨的代謝 人骨性關節炎的關節軟骨合成活動明顯活躍，骨性關節炎軟骨細胞結合的硫酸根（SO4）比例增高表明蛋白多糖（PG）的合成率上升。人骨性關節炎的粘多糖（GAG）和蛋白合成率是正常關節軟骨的兩倍，蛋白多糖（PG）的合成率與骨性關節炎的嚴重性成正比。如病情加重，影響的一個方面是蛋白多糖（PG）合成，由SO4的結合率測蛋白多糖合成情況，若明顯降低表明超過了軟骨細胞的生理反應能力，說明軟骨細胞再生功能衰竭。
使用3H-胸腺嘧啶核苷（3H-thymidine）為作用物質，測定DNA合成可顯示出細胞的增殖率，DNA合成速度與骨性關節炎嚴重性相一致。輕度或中度骨性關節炎，DNA合成速率上升增長反映細胞的成倍分裂，組織學上則看到細胞群或細胞團。當骨性關節炎完全進入進行期時，3H-胸腺嘧啶核苷結合迅速減少，表明細胞修復活動停止，因此骨性關節炎極度嚴重時修復過程喪失。
7.生物化學改變 骨性關節炎軟骨的蛋白多糖（PG）含量減少，減少數值與骨性關節炎的嚴重程度成正比例。由不變的電荷密度降低和用基本染料染色強度的改變顯示出軟骨研磨的這種消耗。雖然，關節軟骨全粘多糖（GAG）含量減少，但各種大分子粘多糖的影響並不一樣：與正常相比，硫酸角蛋白（keratan sulfute）相對減少，4-硫酸軟骨素（chondrotin 4-sulfate）增加。
當由羥脯氨酸（hydroxyproline）測定時，膠原成分測不出。但膠原在形態、化學結構性質和合成率都有改變。骨性關節炎軟骨細胞不僅合成Ⅱ型膠原（α1Ⅱ）3鏈，而且也合成相當數量的Ⅰ型膠原（α1Ⅰ2α2）。因此，骨性關節炎關節軟骨合成的膠元所產生的膠原纖維比正常關節軟骨產生的膠原纖維更近似於皮膚和骨的膠元纖維。骨性關節炎膠元纖維直徑更大，分布也更不固定，特別是於軟骨表層。
正常關節軟骨水的含量約72%～78%。骨性關節炎的關節軟骨炎則不然，水含量明顯增高。雖然骨性關節炎關節軟骨羥脯氨酸的蛋白多糖（hydrophilic proteoglycan）減少，但能充足的滯留水分，比正常關節軟骨有更強的對水親合力（avidly）。這種現象的引起尚不明了。當用4M鹽酸胍（guanidium hydroohloride）將部分蛋白多糖（proteoglycan）從關節軟骨中脫出時，可再現水結合能力增高的現象。
8.骨性關節炎關節軟骨的酶 酶的（enzyme）的退化降解是產生骨性關節炎的主要因素。理論上講，透明質酸酶（hyaluronidase）或蛋白酶（protease）都能對蛋白多糖（proteoglycan）作用發生退化降解。酸性組織蛋白酶（an acid catbepsin）存在軟骨細胞的溶酶體對大分子蛋白多糖（ppsproteinpolysaccharides）的蛋核有強大的水解作用。由於組織蛋白酶於酸性pH值時作用最大。所以在正常組織中的pH值呈酸性pH值時，中性狀態下的組織蛋白酶產生了水解作用可能更有關係。當酸性磷酸酶（acid phosphatase）顯示大大增高時，反映溶酶體活性明顯升高（酸性磷酸酶為溶酶體的標誌）。
顯示，起初蛋白核心被劈開。最後，目前還未認識的酶，例如多糖酯酶（polysaccharidase）、硫酸酯酶（sulfatase）和氮基乙糖苷酯酶（hexosaminadase）降解粘多糖（GAGs）。
氯喹（chloroquine）是一種組織蛋白酶（cathepsin）D的強力抑制劑。可地松（cortison）和水楊酸鹽（salicylates）沒有這種作用。制出組織蛋白酶（eathepsin）D的抗體就能防止軟骨的自身溶解。
9.骨性關節炎關節軟骨的物理Ц謀洹≌車圓牧系娜潯洹⒌閱A浚ㄏ凳⒔┯駁牟飭肯允居胝扯嗵牽℅AG）含量接近一致，略與膠原含量一致。已經出現退變但看上去正常的軟骨不隨病情加重而變硬（較軟）。雖然骨性關節炎改變可出現灶局性分布，但退變延伸到另一部位時的僵硬徵兆一般不明顯。蠕變模量的改變先於軟骨纖維化之前。由於蠕變模量與粘多糖（GAG）濃度一致，所以蠕變模量改變是在粘多糖的消耗之後出現的病理改變。
10.軟骨疲勞、關節的力學異常，可產生繼發性骨性關節炎（骨關節病）。例如，半月板切除術可增加關節半月板切除側的接觸壓力，因此增加了在關節這側發生骨性關節炎改變的可能。如髖關節的不協調，不管是先天性還是後天性，由於減少了關節接觸面積，所以加大了骨性關節炎發病的機會。
無負荷軟骨由水壓蛋白多糖（PG）凝膠粘在張力性預應力的膠原網內。壓力約為354.64kPa（3½）大氣壓）。因此，關節軟骨的壓縮能力與軟骨基質中蛋白多糖（PG）的數量成正比，而張力性能與軟骨膠原結構成正比（也與膠原數量成正比）。
關節軟骨張力性能，由表層到深層不同，其差別與關節軟骨的膠原結構成分有關。在關節軟骨表層，張力是切線的。
關節軟骨的張力和剛度隨年齡增加而改變。隨年齡增長，關節軟骨的張力和剛度降低。
在人的一生中，關節軟骨循環往複的負荷、關節軟骨表面處於正常壓迫。這種循環性負荷可引起關節軟骨疲勞損傷。疲勞就是負荷的關節面軟骨，在相同大小負荷的反覆多次作用下面發生的機械損壞，而如果同樣大小的負荷只一次作用於關節軟骨上並不發生疲勞性改變。關節軟骨隨年齡增長抗疲勞性下降是一種關節軟骨的疲勞傾向。關節軟骨面循環往複的壓迫性負荷使發生碎裂，產生了與纖維化相同的表現。
這些事實表明，骨性關節炎關節軟骨疲勞損傷出現纖維化，並因此導致關節軟骨的膠原纖維網的疲勞破壞，從而說明了骨性關節炎隨年齡增長發生率升高原因之所在。
儘管軟骨基質膠原的數量不因年齡漸增和骨性關節炎的發作而減少，但膠原纖維網的力學結構關係卻被損壞，很可能發生膠元纖維本身或纖維間的交叉連接斷裂。一旦關節軟骨表面碎裂，正常情況下能維持蛋白多糖（PG）存留的膠元纖維破裂，可僅因這種損耗而減少。
【臨床表現】
雖然衰老過程為一慢性改變，而且不斷進展（正如X線檢查所看到的那樣），但是50歲以上的人僅5%出現骨性關節炎的臨床症状。由於游離體的機械障礙，軟骨下骨折、軟骨碎屑被滑膜包裹或其他因素刺激關節引起疼痛。
發病隱襲。通常有輕度持續性酸痛，可限局於關節的一側或瀰漫性的存在於關節的周圍。疼痛因關節活動而加劇，可又隨休息而減輕。由於低氣壓（berometric pressure）使滑膜腫脹加重而致疼痛明顯加重。這是大家都熟悉的一個現象（疼痛隨天氣變化）。休息和放鬆後活動關節發生僵硬。關節僵硬早晨尤為顯著。溫熱和水楊酸鹽製劑，對緩解關節疼痛和僵硬療效最好。
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