N.N. Priorov Journal of Traumatology and OrthopedicsN.N. Priorov Journal of Traumatology and OrthopedicsВестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова0869-86782658-6738Eco-Vector69999010.17816/vto699990ZAAQPAOriginal study articlesОригинальные исследованияResearch ArticleEvaluation of the physicomechanical properties of magnesium alloy herbert screwsОценка физико-механических характеристик винтов Герберта из магниевого сплаваhttps://orcid.org/0009-0008-1417-063X4442-8470SemenistyMaxim N.СеменистыйМаксим Николаевич
Russian Federation
semenistyi_max@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0121-12322814-7745LukinaYuliya S.ЛукинаЮлия Сергеевна
Russian Federation

Cand. Sci. (Engineering)

канд. техн. наук

lukina_rctu@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1326-67941192-3848Bionyshev-AbramovLeonid L.Бионышев-АбрамовЛеонид Львович
Russian Federation
sity-x@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1078-97258324-2383OchkurenkoAlexander A.ОчкуренкоАлександр Алексеевич
Russian Federation

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

д-р мед. наук, профессор

cito-omo@mail.ru4417-3617OvsyankinAnatoly V.ОвсянкинАнатолий Васильевич
Russian Federation

MD, Cand. Sci. (Medicine)

канд. мед. наук

ovsjankin@rambler.ruhttps://orcid.org/0009-0001-4288-35725191-1537ZykovaNina V.ЗыковаНина Владимировна
Russian Federation
Zykovanv1981@yandex.ruPriorov National Medical Research Center of Traumatology and OrthopedicsНациональный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Н.Н. ПриороваMendeleev University of Chemical Technology of RussiaРоссийский химико-технологический университет им. Д.И. МенделееваFederal Center of Traumatology, Orthopedics and EndoprosthesisФедеральный центр травматологии, ортопедии и эндопротезирования04042026310520263323423512912202524022026Copyright ©; 2026, Eco-VectorCopyright ©; 2026, Эко-Вектор2026Eco-VectorЭко-Векторhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/https://journals.eco-vector.com/0869-8678/article/view/699990

BACKGROUND: Magnesium-based biodegradable alloys used for fixation devices exhibit substantially lower mechanical strength compared with titanium counterparts, due to their strength characteristics being closer to those of bone tissue. Although magnesium screws have demonstrated favorable clinical outcomes, their mechanical properties have not been sufficiently evaluated.

AIM: The work aimed to perform a comparative analysis of the physicomechanical properties of Herbert screws made of bioresorbable MgYREZr magnesium alloy produced by Russian and international manufacturers.

METHODS: This was a prospective, pilot, multicenter, experimental study of Herbert screws made of MgYREZr alloy manufactured by Syntellix AG (Hannover, Germany) and Osteo-Sibear LLC (Moscow, Russia), with a consecutive sample of eleven screws. The study was experimental and involved the accumulation of both quantitative and qualitative data. The control included both descriptive assessment and precise measurements with before/after comparison. During testing, processes simulating displacement of bone structures were modeled. Herbert screws were fixed in polyurethane blocks manufactured according to the ASTM F1839 standard and tested using a universal testing machine (Walter+Bai AG LFM-50). The setup was used to simulate pull-out, shear failure, and stripping of the screw head.

RESULTS: The mean pull-out force for the polymer block fixed with the Osteo-Sibear screw was 301.33 N, whereas 160 N was required to disrupt fixation with the Syntellix AG screw. To induce displacement of the polymer block fixed with the Osteo-Sibear screw, a force of approximately 298.5 N was required, whereas the corresponding fixation with the Syntellix AG screw failed at 295 N. The mean torque required to cause screw head slot stripping was 0.23 Nm for the Osteo-Sibear screw and 0.36 Nm for the Syntellix AG screw.

CONCLUSION: The Russian Herbert screw demonstrated superior fixation strength in pull-out and shear tests. Under torsional loading, the screw head slot failed, with the screw body remaining intact.

Обоснование. Магниевые биорезорбируемые сплавы, применяющиеся для изготовления фиксаторов, существенно уступают по механической прочности титановым аналогам ввиду аналогичных прочностных характеристик с костной тканью. Магниевые винты имеют хорошие результаты клинического применения, однако анализ механических свойств не проводился.

Цель. Сравнительный анализ физико-механических свойств винтов Герберта из резорбируемого магниевого сплава MgYREZr отечественного и зарубежного производства.

Методы. Проведено проспективное пилотное многоцентровое исследование; объект — винты Герберта из сплава MgYREZr компаний Syntellix AG (Ганновер, Германия) и «Остео-Сайбэр» (Москва, Россия) при сплошной выборке одиннадцати образцов. Исследование экспериментальное, с получением количественных и качественных данных. Контроль исследования носит как описательный характер, так и точные значения с учётом «до / после». Во время испытаний были смоделированы процессы, при которых происходит смещение костных структур. Винты Герберта были закреплены в полиуретане, изготовленном по стандарту ATSM1839, и помещены в универсальную испытательную машину (Walter+Bai AG LFM-50), при помощи которой были смоделированы процессы разрыва, сдвига соединения и деструкции шлица винта.

Результаты. Среднее значение силы деструкции для вырывания полимерного блока, скреплённого винтом «Остео-Сайбэр», составило 301,33 Н, в то время как для разрыва соединения винтом Syntellix AG необходимо приложить 160 Н. Для смещения полимерного блока, скреплённого винтом «Остео-Сайбэр», необходимо усилие около 298,5 Н, при этом аналогичное соединение винтом Syntellix AG разрушалось при 295 Н. Для срыва шлица винта «Остео-Сайбэр» среднее значение составило 0,23 Нм, для винта Syntellix AG потребовалось 0,36 Нм.

Заключение. Отечественный винт Герберта обладает более прочными фиксирующими свойствами в испытаниях на разрыв и сдвиг соединения. При торсионном воздействии деструкции подвергается шлицевое соединение при сохранном теле винта.

Herbert screwbiodegradable magnesium alloypull-out testtorsional propertiesfracture fixationвинт Гербертабиорезорбируемый магниевый сплависпытание на вырываниеторсионные свойствафиксация переломаMay H, Alper Kati Y, Gumussuyu G, et al. Bioabsorbable magnesium screw versus conventional titanium screw fixation for medial malleolar fractures. Journal of Orthopaedics and Traumatology. 2020;21(1):9. doi: 10.1186/s10195-020-00547-7Raikin SM, Ching AC. Bioabsorbable fixation in foot and ankle. Foot Ankle Clin. 2005;10(4):667–684. doi: 10.1016/j.fcl.2005.06.008Hagelstein S, Seidenstuecker M, Kovacs A, Barkhoff R, Zankovic S. Fixation Performance of Bioabsorbable Zn-6Ag Pins for Osteosynthesis. Materials (Basel). 2022;15(9):3280. doi: 10.3390/ma15093280Hou L, Li Z, Pan Y, et al. In vitro and in vivo studies on biodegradable magnesium alloy. Progress in Natural Science: Materials International. 2014;24(5):466–471. doi: 10.1016/j.pnsc.2014.09.002Luthringer BJC, Feyerabend F, Römer RW. Magnesium-Based Implants: A Mini-Review. Magnes Res. 2014;27(4):142–154. doi: 10.1684/mrh.2015.0375Windhagen H, Radtke K, Weizbauer A, et al. Biodegradable magnesium-based screw clinically equivalent to titanium screw in hallux valgus surgery: short term results of the first prospective, randomized, controlled clinical pilot study. Biomed Eng Online. 2013;12(1):62. doi: 10.1186/1475-925X-12-62Bostman OM, Pihlajamaki HK. Adverse Tissue Reactions to Bioabsorbable Fixation Devices. Clin Orthop Relat Res. 2000;(371):216–27.Biber R, Pauser J, Brem M, Bail HJ. Bioabsorbable metal screws in traumatology: A promising innovation. Trauma Case Rep. 2017;8:11–15. doi: 10.1016/j.tcr.2017.01.012Kamrani S, Fleck C. Biodegradable magnesium alloys as temporary orthopaedic implants: a review. BioMetals. 2019;32(2):185–193. doi: 10.1007/s10534-019-00170-yPisecky L, Luger M, Klasan A, et al. Bioabsorbable implants in forefoot surgery: a review of materials, possibilities and disadvantages. EFORT Open Rev. 2021;6(12):1132–1139. doi: 10.1302/2058-5241.6.200157Meier R, Panzica M. Erste Ergebnisse mit einer resorbierbaren MgYREZr-Kompressionsschraube bei der instabilen Kahnbeinfraktur zeigen eine massive Zystenbildung. Handchirurgie Mikrochirurgie Plastische Chirurgie. 2017;49(1):37–41. doi: 10.1055/s-0042-121416Haslhofer DJ, Gotterbarm T, Klasan A. High Complication Rate and High Percentage of Regressing Radiolucency in Magnesium Screw Fixation in 18 Consecutive Patients. J Pers Med. 2023;13(2):357. doi: 10.3390/jpm13020357Staiger MP, Pietak AM, Huadmai J, Dias G. Magnesium and its alloys as orthopedic biomaterials: A review. Biomaterials. 2006;27(9):1728–1734. doi: 10.1016/j.biomaterials.2005.10.003Nagels J, Stokdijk M, Rozing PM. Stress Shielding and Bone Resorption in Shoulder Arthroplasty. J Shoulder Elbow Surg. 2003 ;12(1):35–9. doi: 10.1067/mse.2003.22Bondarenko A, Angrisani N, Meyer-Lindenberg A, et al. Magnesium-based bone implants: Immunohistochemical analysis of peri-implant osteogenesis by evaluation of osteopontin and osteocalcin expression. J Biomed Mater Res A. 2014;102(5):1449–1457. doi: 10.1002/jbm.a.34828Radha R, Sreekanth D. Insight of magnesium alloys and composites for orthopedic implant applications — a review. Journal of Magnesium and Alloys. 2017;5(3):286–312. doi: 10.1016/j.jma.2017.08.003Zivic F, Grujović N, Manivasagam G, et al. The Potential of Magnesium Alloys as Bioabsorbable/ Biodegradable Implants for Biomedical Applications. Tribology in Industry. 2014;36(1):67–73.Ram AN, Chung KC. Evidence-Based Management of Acute Nondisplaced Scaphoid Waist Fractures. Journal of Hand Surgery. 2009;34(4):735–738. doi: 10.1016/j.jhsa.2008.12.028Ju L, Jiang L, Zhang Y, et al. Therapeutic analysis of Herbert screw fixation for capitellar fractures via the anterior approach in adolescent patients. J Orthop Surg Res. 2021;16(1):394. doi: 10.1186/s13018-021-02536-wTan L, Yu X, Wan P, Yang K. Biodegradable Materials for Bone Repairs: A Review. J Mater Sci Technol. 2013;29(6):503–513. doi: 10.1016/j.jmst.2013.03.002Tahmasebifar A, Kayhan SM, Evis Z, et al. Mechanical, electrochemical and biocompatibility evaluation of AZ91D magnesium alloy as a biomaterial. J Alloys Compd. 2016;687:906–919. doi: 10.1016/j.jallcom.2016.05.256Niinomi M, Liu Y, Nakai M, Liu H, Li H. Biomedical titanium alloys with Young’s moduli close to that of cortical bone. Regen Biomater. Oxford University Press. 2016;3(3):173–185. doi: 10.1093/RB/RBW016Ezechieli M, Meyer H, Lucas A, et al. Biomechanical properties of a novel biodegradable magnesium-based interference screw. Orthop Rev (Pavia). 2016;8(2):71–74. doi: 10.4081/or.2016.6445Erhart J, Unger E, Trulson I, et al. Pull-out forces of headless compression screws in variations of synthetic bone models imitating different types of scaphoid fractures in good bone quality. J Mater Sci Mater Med. 2020;31(11):92. doi: 10.1007/s10856-020-06445-yMandaleson A, Tham SK, Lewis C, Ackland DC, Ek ET. Scaphoid Fracture Fixation in a Nonunion Model: A Biomechanical Study Comparing 3 Types of Fixation. Journal of Hand Surgery. 2018;43(3):221–228. doi: 10.1016/j.jhsa.2017.10.005Patel S, Giugale J, Tiedeken N, Debski RE, Fowler JR. Impact of Screw Length on Proximal Scaphoid Fracture Biomechanics. J Wrist Surg. 2019;08(05):360–365. doi: 10.1055/s-0039-1685514Ramaswamy R, Evans S, Kosashvili Y. Holding power of variable pitch screws in osteoporotic, osteopenic and normal bone: Are all screws created equal? Injury. 2010;41(2):179–183. doi: 10.1016/j.injury.2009.08.015Gruszka D, Herr R, Hely H, et al. Impact of different screw designs on durability of fracture fixation: In vitro study with cyclic loading of scaphoid bones. PLoS One. 2016;11(1):e0145949. doi: 10.1371/journal.pone.0145949Koh IH, Kang HJ, Kim JS, Park SJ, Choi YR. A central threadless shaft screw is better than a fully threaded variable pitch screw for unstable scaphoid nonunion: A biomechanical study. Injury. 2015;46(4):638–642. doi: 10.1016/j.injury.2015.01.018Assari S, Darvish K, Ilyas AM. Biomechanical analysis of second-generation headless compression screws. Injury. 2012;43(7):1159–1165. doi: 10.1016/j.injury.2012.03.015Wilkie J, Rauter G, Möller K. Horizontal Test Stand for Bone Screw Insertion. Hardware. 2024;2(3):223–255. doi: 10.3390/hardware2030011Söntgen S, Keilig L, Kabir K, et al. Mechanical and numerical investigations of biodegradable magnesium alloy screws for fracture treatment. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2023;111(1):7–15. doi: 10.1002/jbm.b.35127