大腿骨頭壊死の病理学的変化は4段階に分けられる。

大腿骨頭壊死の病理学的プロセスは、主に骨壊死と骨修復の交互であり、骨壊死に続いて死んだ骨の吸収と新しい骨の形成、および大腿骨頭のリモデリングとさまざまな程度の残存変形が含まれます。一般的に4つの段階に分けられます。

1. 虚血性壊死期には、関節包が腫れ、滑膜が鬱血して浮腫み、滑液の滲出液が増加します。大腿骨骨端の前部と外側部分が最初に影響を受けますが、虚血により骨端全体が壊死することもあります。この時点では、骨の構造は正常のままですが、骨小窩はほとんど空洞になっており、骨髄腔は不定形の破片で満たされており、骨梁は薄片状に砕けたり、ブロック状に圧縮されたりしています。大腿骨頭の虚血性壊死により、骨端線の骨化中心における軟骨内骨形成が一時的に阻害されますが、関節面の深部軟骨は滑液の栄養を受けて成長を続けます。そのため、関節軟骨は厚くなり、骨端核は小さくなり、関節スペースは広がります。壊死性骨梁の密度は、壊死性骨構造の表面における断片化、圧縮、および新しい骨の沈着により増加します。同時に、骨端線は緩んで脱灰し、壊死領域はより密に見えるようになります。骨幹端脱灰は、血管が発達した軟部組織が壊死した骨に侵入し、それを吸収する組織反応です。この期間中、大腿骨頭の全体的な形態や輪郭に明らかな変化が見られない場合もあれば、骨端線がわずかに平坦になる場合もあります。壊死期間は長く、約6～12か月続きます。臨床的には、一般的に症状はありません。

2. 修復期には、死んだ骨の刺激により、毛細血管と単球からなる組織が壊死部に侵入し、壊死した骨梁片を吸収し、線維組織を形成します。破骨細胞の数が増加し、その機能が活発になり、壊死した骨梁の吸収に関与します。同時に、骨芽細胞の活動が促進され、壊死した骨梁の間や表面に正常な骨様組織が形成されます。骨の修復は壊死した骨端線の周辺から始まります。骨芽細胞によって形成された新しい骨は、元の骨化中心を取り囲み、中心に向かって前進します。新しい血管組織は円靭帯、骨膜、骨端から生じます。骨幹端血管は骨端板に入るか、骨端板を囲む組織とつながります。最初は、新しく形成された骨様骨によって形成された骨梁はより薄く、絡み合った骨ですが、後に層状骨に変化します。壊死部の周囲の軟骨にはまだ明らかな変化はありませんが、その基底層軟骨は関節面から遠く離れているため滑液からの栄養が受けられず、その働きを失っています。この段階では新しい骨は弱いですが、柔らかくはありません。代わりに、徐々に正常な骨に形を変えたり、受けるストレスに応じて形を変えたりします。これは生物学的な形成です。このプロセスには約1〜4年かかります。

3. 治癒期間：この病気は自然治癒するため、一定期間が経過すると骨吸収は止まりますが、線維性肉芽組織を置き換える新しい骨の形成は継続します。新しく形成された骨梁は、薄くて脆い未熟な層状骨であり、まだ吸収されていない壊死した骨梁とともに簡単に圧迫されます。圧迫ゾーンは主に大腿骨頭の一部に限定されます。新しく形成された骨梁はさらに再形成され、骨端全体の骨化が完了するまで、絡み合った骨は層状骨に置き換えられます。この過程では、新しい骨はまだ強度が低く、形が変わる可能性があり、大腿骨頭の変形が起こる可能性があります。

4. 変形残存期間骨の治癒が完了した後、ほとんどの大腿骨頭には、扁平または鞍形の大腿骨頭、大腿骨頸部の拡大、内反股、大腿骨骨端線の早期閉鎖、大腿骨の短縮、大腿骨頭の亜脱臼など、程度の異なる変形が残存します。これらの変形は永久に変化しない可能性があります。成人期には、関節の変形により変形性関節症を引き起こす可能性があります。