Prema ranije donesenim zaključcima, patofiziologija OA povezanog s pretilošću je multifaktorijalna. Smatra se da je strukturno oštećenje zglobova rezultat mehaničkih čimbenika, uključujući povećane sile koje djeluju na zglob, smanjenu snagu mišića i biomehaničke promjene, a koje utječu na zglobne strukture tijekom svakodnevnih aktivnosti, te metaboličkih čimbenika.
Pretilost je patofiziološki karakterizirana kao upala niskog stupnja, što dovodi do raznih nepovoljnih učinaka na mnoge organske sustave. Precizni metabolički putevi kroz koje pretilost pridonosi strukturnom oštećenju zglobova trenutno nisu poznati, iako se smatra da uključuju aberantno djelovanje adipokina (hormoni masnog tkiva), uz posljedičnu destrukciju i remodeliranje zglobnog tkiva.
Adipokini djeluju na zglobno tkivo, uključujući hrskavice, sinoviju i kosti. Leptin i adiponektin najčešći su i najbolje proučeni adipokini, a njihovi receptori izraženi su na površini hondrocita (stanice hrskavice), sinoviocita (stanice sinovije) i subhrondralnih osteoblasta (stanice koje proizvode koštano tkivo neposredno ispod hrskavice). Utvrđeno je da leptin povećava razine razgradnih enzima, kao što su metaloproteinaze matriksa (MMP) i dušikovog oksida, te proizvodnju proupalnih citokina.
Razine adipokina u pretilih osoba osobito su važan predikcijski faktor pojave OA, budući pretilost može proizvesti biokemijsko okruženje u kojem hondrociti ne mogu opstati ili, u najmanju ruku, obavljati svoju funkciju na predviđeni način. Primjerice, hondrociti u pretilih pacijenata s OA pokazuju obrazac odgovora na leptin koji se značajno razlikuje u odnosu na zdrave pojedince. Uloga adiponektina u bolestima zglobova te njegova proupalna svojstva, slabije su istražena, iako pojedina istraživanja navode o njegovim potencijalnim antiupalnim svojstvima.
Razine leptina i adiponektina značajno su povišene kod ljudi s OA u usporedbi s kontrolnim skupinama ispitanika. U nedavnoj studiji u kojoj su sudjelovali pretili ispitanici s dijagnozom OA koji su prethodno istraživanju značajno izgubili na masi, utvrđena je smanjena koncentracija leptina i povećana koncentracija adiponektina u cirkulaciji. Neki autori sugeriraju da OA nije jednostavno bolest starenja ili posljedica metaboličkog stresa zglobova, već poremećaj u kojem se međudjelovanjem raznih lipidnih, metaboličkih i humoralnih medijatora inicira nastanak i napredovanje same bolesti.
U velikoj japanskoj kohortnoj studiji utvrđeno je da je nakupljanje metaboličkih komponenti povezano s incidencijom i progresijom OA koljena. Chingford studija identificirala je povezanost između metaboličkih čimbenika (hipertenzija, hiperkolesterolemija, povišena glukozea u krvi) i OA koljena u žena, neovisno o komponenti pretilosti, što dodatno podupire shvaćanje da u etiologiji OA važnu ulogu imaju nepoželjne metaboličke komponente.
Nedavna studija na miševima ukazala je na moguću ulogu lipoproteina visoke gustoće (HDL) u patofiziologiji OA; utvrđeno je da promjene u metaboličkom putu HDL-a, zajedno s konzumacijom hrane bogate mastima, predisponiraju u značajnoj mjeri za nastanak OA koljena.
Podaci iz Nacionalne ankete o ispitivanju zdravlja i prehrane ukazuju na kardiometaboličke čimbenike rizika za nastanak OA koljena, jedinstvenih za spol i stupanj pretilosti. U nepretilih muškaraca, BMI i inzulinska rezistencija čimbenici su rizika koji su najviše povezani s OA koljena. U pretilih muškaraca, BMI nije bio povezan s osteoartritisom koljena, ali inzulinska rezistencija ponovno je bila najveći faktor rizika. I za nepretile i za pretile žene, utvrđeno je da je BMI snažan prediktor osteoartritisa koljena, ali, za razliku od drugih populacijskih grupa obuhvaćenih ovim istraživanjem, inzulinska rezistencija bila je obrnuto proporcionalna prevalenciji OA koljena u pretilih žena.
U istraživanju odrasle populacije bez klinički dokazanog OA koljena, masna masa bila je povezana s povećanjem incidencije defekata hrskavice i lezija koštane srži (BML), što su značajke ranog OA koljena. Nasuprot tome, mišićna masa bila je pozitivno povezana s volumenom hrskavice, za što autori pretpostavljaju da je u pitanju utjecaj okolišnih čimbenika povezan sa zaštitnim učinkom povećane mišićne mase. Pretilost dovodi do povećanog opterećenja zgloba koji nosi težinu, što je vjerojatno najvažniji mehanički doprinos nastanku OA.
Pokret adukcije koljena može biti važna mehanička varijabla povezana s razvojem OA koljena. Osobe s pretilošću imaju veći moment apsolutne adukcije koljena zbog povećane tjelesne mase, uslijed čega se uključuju kompenzacijski obrasci hoda. Postoje dokazi da, kod pretilih ljudi, zglobna hrskavica ne može izdržati veći moment apsolutne adukcije koljena tijekom hoda u usporedbi s osobama normalne težine.
Povećano opterećenje zglobova kod osoba normalne težine nije se dosljedno pokazalo povezanim s OA. Primjerice, longitudinalna studija starijih osoba (>60 god.) kod ispitanika trkača i netrkača ukazala je na prisutnost radiografskih promjena u vidu osteoartritisa kuka i progresije OA koljena, i to na vrlo sličan način u obje skupine.
Trenutno, relativni doprinos mehaničkih i metaboličkih komponenti strukturnih promjena zglobova, te važnost metaboličke naspram mehaničke komponente u kontekstu „pokretačkog faktora“ OA koljena, nisu poznati. Patogeneza primarne OA u pretilih osoba može započeti ekspanzijom masnog tkiva. To može dovesti do povećane sinteze endokrinih čimbenika poput leptina, koji djeluju na druga tkiva, a rast i promjene u tim tkivima će dovesti do promjena koje se vide kod OA.
Osim toga, sistemski upalni učinak prekomjernog udjela masnog tkiva kod pretilih ljudi može igrati ulogu u promjeni karakteristika hrskavice. Nakon što se cjelokupni proces pokrene, mehanički, ali i eventualno neki drugi čimbenici, formirat će krug pozitivno-povratne sprege, koji je, jednom kada krene, iznimno teško prekinuti.
