大腿骨とすねの骨（けい骨）は、 関節包（かんせつほう）という包みに覆われています。体重の負荷などによって軟骨がすり減ると、軟骨の細かな「削りかす」によって、関節包の内側にある 滑膜（かつまく） という膜に炎症が起きます。
炎症はもともと組織を修復するための反応で、膝の場合は削れた部分の軟骨を修復するために起きるのですが、炎症の過程で、関節周囲が腫れたり、痛んだりします。また、関節は関節包に包まれた袋になっています。この袋の中に常に数ccの関節液があり、軟骨に栄養や酸素を与えています。そして関節の中で炎症がおきると、この関節液が増えます。打撲したところが腫れるのと同じ理屈です。実は、この増えた関節液がいわゆる「水」というわけです。つまり「水」は炎症の結果です。また、膝の痛みも炎症の結果といえます。軟骨や骨には神経が通ってないので、軟骨が削れたから痛いのではなく、炎症が起きることで痛みが出てくるのです。
炎症が起きた状態で軟骨に負担をかけると、さらに軟骨が削れて、それがまた炎症の元になるという悪循環に陥ります。
若い人の軟骨は白く光沢があり、弾力もあります。それが加齢とともに、軟骨は黄色くなって、徐々に弾力がなくなってきます。そうなると軟骨が摩耗しやすくなります。軟骨が摩耗し、炎症がずっと続くと、レントゲンでも分かるくらいに軟骨が減ってきます。また、骨にも影響が出て、骨が硬くなったり、余分な骨ができてきたり、骨がすり減ってきたりします。それが、変形性膝関節症です
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