Systemic Integrative Mechanisms and Intervention Strategies in Exercise-Induced Skeletal Muscle Damage: Evidence from Animal, Clinical, and Multi-Omics Studies

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作者
Tianhang Peng,Zike Zhang,Ju Wei,Ni Ding,Wenxi Liang,Xiuqi Tang
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:27 (5): 2451-2451
标识
DOI:10.3390/ijms27052451
摘要

Exercise-induced muscle damage (EIMD) has classically been attributed to localized mechanical disruption following eccentric contractions. Emerging evidence, however, indicates that EIMD represents a systems-level failure of stress integration within skeletal muscle rather than a purely mechanical lesion. Mechanical loading initiates disturbances in intracellular Ca2+ homeostasis, which interact with metabolic stress, redox imbalance, and immune activation to form self-reinforcing feedback loops. When compensatory capacity is exceeded, transient injury may shift toward maladaptive remodeling marked by mitochondrial dysfunction, ferroptosis, chronic inflammation, and impaired regeneration. Recent studies identify reactive oxygen species accumulation, iron-dependent lipid peroxidation, dysregulated energy sensing, and aberrant immune polarization as key molecular tipping points governing injury reversibility. Beyond their regenerative role, satellite cells act as integrators of metabolic history and epigenetic memory, linking repetitive injury to reduced muscle adaptability, age-related sarcopenia, and heightened metabolic disease risk. Here, we synthesize evidence from animal models, clinical studies, and multi-omics analyses to establish a systems biology framework for EIMD. We delineate the spatiotemporal interactions among mechanical, metabolic, oxidative, immune, and regenerative modules; identify regulatory nodes that determine adaptive repair versus pathological outcomes; and critically evaluate current nutritional, physical, pharmacological, and regenerative interventions from a mechanism-oriented perspective. Finally, we discuss how multi-omics, digital monitoring, and individualized rehabilitation may enable precision management of EIMD and advance understanding of muscle stress resilience and adaptive limits.
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