Noguehi等发现服用大剂量百草枯很快死亡的老鼠心肌间质严重水肿、充血、出血及功能障碍。人类百草枯中毒可造成中毒性心肌炎，主要表现为百草枯在心肌聚集造成心肌细胞膜破坏，心肌间质充血、水肿，甚至心肌纤维断裂、心肌酶升高，严重者导致心源性猝死。

百草枯中毒，尤其是重度中毒时可发生中毒性心肌炎，出现心肌损害、低血压，甚至休克。心电图表现有窦性心动过速、窦性心动过缓，QT间期延长，ST段下移，或伴有心律失常，甚至心包出血。部分晚期患者可出现心脏增大，与心功能受损有关。心肌往往受累并且与预后相关。有人总结了影响百草枯中毒预后的因素，发现并发中毒性心肌炎的患者全部死亡。国外有报道急性重度百草枯中毒可导致患者院前心源性猝死，是患者早期死亡的原因之一。