Ankstyvi pažeistos kremzlės pokyčiai yra susiję su padidėjusia kremzlės hidratacija ir progresuojančiu kolageno fibrilių tinklo irimu, ypač dėl II tipo kolageno. Vėliau susidaro chondrocitų replikacijos ir jų žūties plotai, ardomas kremzlės paviršius formuojantis skaiduliniams plotams su plyšiais, ryškėja kraujagyslių invazija į kalcifikuotą kremzlės zoną (2.1 pav.).

Ryškiai pasikeičia kremzlės metabolizmas. Pradžioje, turbūt dėl bandymo atsikurti, chondrocitai labiau sintezuoja proteoglikanus, bet vėliau matrikse proteoglikanų tinklas sunyksta. Taip pat pasikeičia ir proteoglikanų struktūra: agrekano monomerai tampa mažesni ir taip susilpnėja jų gebėjimas susijungti su hialurono rūgštimi. Proteoglikanų netekimas tiesiogiai susijęs su ligos sunkumu, o šie struktūriniai pokyčiai vyksta dėl matrikso atsikūrimo nepakankamumo.    Osteoartritu sergančio ligonio kremzlės irime svarbiausią vaidmenį atlieka kremzlės ir sinovijos gaminami fermentai, kurie apibūdinti prie sveikos kremzlės homeostazės skyrelio (žr. 1.1 lentelę). Labai nuodugniai buvo ištyrinėtos matrikso metaloproteinazės (MMP). Kolagenazė (MMP–3) ardo trijų vijų II tipo kolageno struktūrą ir pašalina propeptidines dalis, kurios svarbios skaiduloms susidaryti. Šis fermentas taip pat gali suskaldyti X kolageną, tačiau ne mažus kolagenus. Stromelizinas (MMP–13) suskaldo agrekaną, taip pat gali suardyti VI, IX ir XI tipo kolagenus. Lyginant sveikų žmonių ir sergančių osteoartritu MMP kiekį kremzlėje buvo nustatyta, kad OA sergančių žmonių MMP kiekis yra padidėjęs, ypač viršutinėse kremzlės zonose. Taip pat pastebėta, kad OA pažeistoje kremzlėje keičiasi santykis tarp MMP bei MMP audinių inhibitorių (TIMP). Kol kas dar nėra iki galo suprasta MMP ir agrekanazės (ADAMTS) sąveikos svarba.    Kitos proteazės taip pat tiesiogiai ar netiesiogiai dalyvauja kremzlės irime. Chondrocitai po interleukino (IL–1) stimuliacijos gamina serino proteazę, kuri dar vadinama plazminogeno aktyvatoriumi, didinančiu plazmino kiekį. Plazminas kremzlės irimo procese gali dalyvauti netiesiogiai aktyvindamas MMP.    Citokinai taip pat vaidina svarbų vaidmenį kremzlės homeostazės palaikymui (parodyta 2.2 pav.) ir yra svarbūs osteoartritui vystytis. Panašu, kad sinovija yra pagrindinis citokinų šaltinis. Svarbu ir tai, kad osteoartrito pažeista kremzlė imlesnė prouždegiminiams citokinams IL–1 ir naviko nekrozės veiksniui (TNF) α. Šios ligos pažeisti chondrocitai labiau ekspresuoja TNFα receptorius. Pastebėta, kad skiriasi iš skirtingų vietų paimtų chondrocitų citokinų receptorių kiekis, ir manoma, kad tai gali būti susiję su dažnais židininiais kremzlės defektais.